金屬腐蝕分析中的形態觀察、分析的課題解決
用於各種產品的金屬材料，可能會在意料外的部位產生劇烈腐蝕，導致破損。
為找出原因並預防再次發生，腐蝕部位的分析就顯得非常重要。觀察使需要使用顯微鏡，但也會遇到各種課題。
以下說明腐蝕分析步驟與腐蝕的形態、要因，並介紹使用4K數位顯微鏡的課題解決案例。
腐蝕分析的重要性與步驟
腐蝕是指金屬等固體材料和周遭環境之間發生化學反應或電化學反應，而變質、消耗、破壞，喪失原本功能的現象。腐蝕部位的形態有晶界腐蝕、孔蝕、間隙腐蝕、接觸腐蝕、應力腐蝕裂紋（粒內裂紋、晶界裂紋）等多種形態，視材料與環境而不同。
為追究腐蝕發生原因，預防再次發生，各業界都在實施腐蝕分析。特別是汽車等由各種材料構成，在室外各種環境下必須安全的產品，腐蝕分析更為重要。
一般來說腐蝕分析步驟如下。
腐蝕分析的步驟
- 腐蝕發生部位的外觀觀察
- 確認腐蝕部位位置，以及顏色與狀態。
- 切下或採取腐蝕部位並觀察
- 切斷腐蝕部位。難以切下時，則採取腐蝕部位。
- 腐蝕部位的詳細觀察／腐蝕物的元素分析
- （1）使用顯微鏡詳細觀察腐蝕部位表面，確認腐蝕部位及狀態。有時會洗淨腐蝕部位，確認基材表面的孔蝕。
（2）根據腐蝕物的成分分析（元素分析）確認促進腐蝕的物質。 - 腐蝕部位的截面觀察
- 視需要將腐蝕部位加工為截面樣本，確認腐蝕進行狀態。也會進行截面的成分分析（元素分析）。
局部腐蝕的形態與發生實例及原因
大多數腐蝕造成的問題， 源自於無法預測進展速度的局部腐蝕。有時因金屬表面保護皮膜遭破壞而發生局部腐蝕，成為局部破壞的原因。
破壞原因的代表性原因及型態如下所示。
晶界腐蝕
- A. 晶界腐蝕
- B. 脫粒
- 現象：因雜質與夾雜物，發生在腐蝕電位較低的晶界部位的腐蝕，或發生因晶界腐蝕導致結晶粒脫落的「脫粒」現象。
- 發生例：發生在不鏽鋼與鋁合金等的熱處理不恰當或不完整的部位，以及焊接時的熱影響部位。
- 原因：
材料端：晶界鉻濃度低下、微量成分的晶界偏析、晶界析出物等。
孔蝕
- A. 孔蝕
- B. 鈍化皮膜
- 現象：好發於維持不活潑態金屬表面（鈍化皮膜）的一部分，孔徑小卻深的腐蝕。
- 發生例：因鹵素離子（Cl-等）導致鈍化皮膜局部破壞成孔狀。不鏽鋼與鋁合金的氯化物水溶液中的非金屬夾雜物不均勻而發生。
- 原因：
環境端：鹵素離子、溶氧。
材料端：夾雜物、缺陷等。
間隙腐蝕
- A. 間隙腐蝕
- B. 鈍化皮膜
- 現象：間隙部缺乏溶氧，導致金屬表面的鈍化皮膜破裂，金屬溶解而發生的腐蝕。
- 發生例：發生在不鏽鋼、鋁、鈦的凸緣面等。
- 原因：
結構、材料側：間隙結構、氧化皮等。
環境端：鹵素離子、溶氧（成長階段和孔蝕相同結構）。
接觸腐蝕（異種金屬接觸腐蝕、電位差腐蝕）
- A. 腐蝕部位
- B. 重金屬
- C. 貴金屬
- 現象：電極電位不同的金屬彼此接觸，因存在電解質溶液而導致「重金屬」發生、促進腐蝕。
- 發生例：鋁和鋼接觸導致鋁腐蝕，鋼和不鏽鋼接觸導致鋼腐蝕。
- 原因：
材料端：有電位差的金屬彼此接觸。異種金屬中越重的金屬腐蝕越大。
應力腐蝕裂紋
- 現象：因張應力（殘留應力或外部負載應力）導致表面保護皮膜局部遭破壞而發生的腐蝕。腐蝕集中進行，最終成為裂紋。
- 裂紋形態的種類：應力腐蝕裂紋的進行路徑因金屬和環境的組合而異，因此裂紋形態也有差異。
有裂紋貫穿結晶粒進行的「粒內裂紋」，與沿結晶晶界進行的「晶界裂紋」。 - 原因：
粒內裂紋：夾雜物、析出物、表面皮膜、材料缺陷等。
晶界裂紋：微量元素的晶界、偏析、晶界鉻缺乏區、晶界析出物、晶界不整等。
腐蝕部位分析的課題解決案例
由腐蝕形態分辨出發生原因，因此腐蝕分析時用顯微鏡進行外觀觀察與詳細觀察很重要。
腐蝕部位具立體形狀，使用以往的顯微鏡觀察腐蝕部位，有焦距調整與找照明條件設定等各種課題。此外晶界腐蝕與腐蝕裂紋的詳細觀察時，可能因解析度不足而難以觀察。
KEYENCE的超高精細4K數位顯微鏡「VHX系列」透過高解析度HR鏡頭與4K CMOS、專用設計的觀察系統等，解決以往顯微鏡的課題外，可透過簡單操作，以高解析度4K影像進行高精細且快速的觀察、分析。
以下為解決以往顯微鏡的課題為主軸，介紹多功能4K數位顯微鏡「VHX系列」的應用案例。
使用結晶晶界的高精細、高解析度影像的觀察
以往的課題: 一般顯微鏡
高倍率觀察時因解析度不足，無法清晰分辨結晶的晶界與觀察晶界的腐蝕。
使用4K數位顯微鏡「VHX系列」
透過高解析度HR鏡頭與4K CMOS，即使是結晶晶界的高倍率觀察，也能用高解析度、高精細4K影像觀察。
因此連晶界腐蝕與脫粒、應力腐蝕裂紋的粒內裂紋、晶界裂紋等，也能用清晰的影像詳細地觀察。
對立體的腐蝕部位進行整體全幅對焦觀察
以往的課題
由於腐蝕部位為立體形狀，受限於景深只能部分對焦，無法掌握全貌並觀察。因此有人為的評估差異或錯過細節觀察等課題。
使用4K數位顯微鏡「VHX系列」
除了實現大景深與高解析度觀察的HR鏡頭與4K CMOS，還配備「即時景深合成」功能，簡單的操作即可瞬間取得目標物整體全幅對焦的高精細4K影像。
不需要重複調整焦距，實現快速的觀察。
觀察腐蝕圖案不需調整照明
以往的課題: 一般顯微鏡
金屬的腐蝕部分觀察難以找到合適的照明條件，要觀察到腐蝕圖案必須多次調整照明，花費許多時間和程序。
使用4K數位顯微鏡「VHX系列」
透過「多重照明」功能，只需簡單操作按鈕，即可快速取得來自全方向照明的多張影像。從中選擇最適合觀察的影像，便能用清晰的影像進行觀察。
省去以往尋找照明條件的時間與程序，以最佳照明的高精細影像快速觀察。
此外即使在選擇觀察影像後，也會自動儲存其他的多重照明影像資料，只要再次選擇影像，即可用不同的照明條件進行觀察。也可省下過去必須再次將試料放上載物台，重新調整照明所需要的時間和工夫。
“改變”腐蝕分析的數位顯微鏡
高精細4K數位顯微鏡「VHX系列」除這此介紹的功能以外，還配備許多有助分析的功能。
腐蝕部位的高精細觀察外，「VHX系列」還能實現次微米級的高精度2D、3D量測。
透過Excel範本，輕鬆使用觀察影像自動編制報告，僅此1台即可輕鬆完成一連串作業。
有關「VHX系列」的詳細說明，請下載型錄，或洽詢KEYENCE。
