現(xiàn)場金相檢測是一種研究金屬制件金相學(xué)的原位無損檢測技術(shù)，這種技術(shù)不需要去除任何部分，可直接在現(xiàn)場進(jìn)行檢測。目前，該技術(shù)主要用于發(fā)電組件的高溫?fù)p傷情況評估、蠕變損傷評估（如圖1所示）、碳鋼中珠光體的球化處理、低合金鋼中碳化物粗化等方面。此外，現(xiàn)場金相檢測還能夠用于測量晶粒尺寸，確定材料的類型及等級（如鑄鐵和鋼），評估材料的熱處理情況等；在摩擦學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，該技術(shù)還能夠用于確定磨損機(jī)理；而且，這種技術(shù)還可以用于刑事司法調(diào)查及考古文物研究等方面。

圖1 用于蠕變損傷評估的掃描電鏡顯微圖

在執(zhí)行現(xiàn)場金相檢測之前，制定相關(guān)計(jì)劃是非常重要的，因?yàn)橛行┓矫姹仨毺崆斑M(jìn)行。執(zhí)行金相檢測的檢測人員事先必須要了解關(guān)于樣品材料的一些特性參數(shù)，主要有：

1. 待檢測合金的類型及組成——有助于確定操作程序；

2. 材料的硬度——有助于選取合適的備件，例如研磨劑、磨光紙、拋光布等；

3. 表面狀態(tài)——有助于選擇最初的研磨程序以及合適的備件，如研磨劑、磨光紙等。

電動(dòng)或便攜式手持研磨/拋光設(shè)備；用于研磨及拋光紙布的橡皮墊；背面粘有粘結(jié)劑的研磨紙盤；拋光布；金剛石研磨膏；裝酒精或者丙酮的塑料瓶；用于擦拭和清洗的棉花球等。

裝有預(yù)先備好的侵蝕劑的塑料瓶；用于擦拭的棉花球；橡膠手套等。

醋酸纖維素薄膜（厚度為20~45μm）；裝有丙酮或者乙酸甲酯溶劑的瓶子；鑷子；裝有標(biāo)準(zhǔn)載玻片的盒子；雙面膠帶；黑色噴漆等。

便攜式金相顯微鏡及相關(guān)附件等。

吸水布；紙巾；安全設(shè)備（如護(hù)目鏡，安全帽等）；折疊凳等。

復(fù)制過程用到的醋酸纖維素薄膜可以用硅樹脂基替代（如圖2所示），這對于測量摩擦學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的表面粗糙度以及分析大型構(gòu)件的斷裂表面更加合適。

圖2 硅樹脂基復(fù)制過程

處理工藝應(yīng)根據(jù)待分析材料的類型及微觀結(jié)構(gòu)選定。應(yīng)用于普通金相檢測的一般操作原則也可以應(yīng)用于此，包括在拋光階段前先利用粗砂紙進(jìn)行粗研磨，再利用細(xì)砂紙研磨等。

侵蝕一般是指利用化學(xué)侵蝕劑去除金屬零件表面氧化物以揭示合金顯微組織的過程。對于不同的合金材料選擇合適的侵蝕劑是非常重要的。

碳鋼、合金鋼、鐵與鑄鐵常用的侵蝕劑是硝酸侵蝕液；這種侵蝕劑是硝酸與乙醇或者甲醇的混合物，硝酸濃度從1%到10%不等；其中最常用的硝酸濃度為2%，但對于高合金鋼有時(shí)也采用5%~10%類別的。

另一種常用作不銹鋼及一些鐵碳結(jié)構(gòu)的侵蝕劑則是Villella試劑，這對于馬氏體不銹鋼和工具鋼是最為合適的侵蝕劑。

在進(jìn)行侵蝕的過程中一定要格外小心，在操作前應(yīng)先做適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)評估及危害健康的物品控制（COSHH）評估。

復(fù)制件的應(yīng)用涉及到利用醋酸纖維素薄膜施加到侵蝕面上，以產(chǎn)生該平面的復(fù)制品，類似于復(fù)制過程（如圖3所示）。在施加到表面之前，醋酸纖維素薄膜需要使用乙酸甲酯溶劑或丙酮粘附在其表面上使其軟化。在干燥之后將黑色噴漆噴灑在透明的醋酸纖維素薄上使其變?yōu)椴煌该鳎@有助于在將其剝落時(shí)提高顏色的對比度。隨后利用雙面膠帶將剝落的復(fù)制件固定于載玻片上；貼上標(biāo)簽，注明日期、被分析樣品細(xì)節(jié)等信息。

圖3 利用醋酸纖維素薄膜復(fù)制過程示意圖

測試組件的幾何結(jié)構(gòu)、外形、膜厚度、操作人員的熟練程度以及環(huán)境條件等因素都會(huì)影響到醋酸纖維素膜的復(fù)制過程。較厚膜不能以較好的空間分辨率填補(bǔ)蝕刻微觀結(jié)構(gòu)的輪廓，因此并不合適；相比之下，薄膜雖然具有較好的空間分辨率，但在復(fù)制過程中易于扯裂，因此必須要格外謹(jǐn)慎處理。在金相復(fù)制過程中，硅樹脂基對于平坦平面極其合適；而對于具有復(fù)雜幾何外形或者曲面的復(fù)制區(qū)域，醋酸纖維素薄膜更為合適。

提取的復(fù)制件通常利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行檢測，例如Nikon LV150型直立顯微鏡。一般目鏡放大范圍在50~1000倍左右。

通過真空沉積法在復(fù)制件上施加一層碳或者金屬涂層能夠大大提高復(fù)制件的對比度。這樣一來就能夠利用電子顯微鏡（如掃描電子顯微鏡）對復(fù)制件進(jìn)行檢測。

圖4展示了焊縫的顯微結(jié)構(gòu)；焊縫的顯微結(jié)構(gòu)能夠用于檢測其中的夾雜物、氣孔、再熱裂紋、焊渣等。

圖4 焊縫的顯微結(jié)構(gòu)圖

VGBTW 507顯微結(jié)構(gòu)評級表一般被用于評估高溫管道的微觀結(jié)構(gòu)和蠕變損傷情況。如圖5和圖6中所描述的復(fù)制件，這種評級是基于產(chǎn)生空腔數(shù)量、腔取向、晶界分離、微裂紋與宏觀裂紋的可能性之上。

在司法調(diào)查過程中，應(yīng)用科學(xué)方法來收集及檢查數(shù)據(jù)在法庭上是被允許且有效的。這些研究調(diào)查涉及面非常廣泛，包括：工具痕研究（如刀痕）、武器證據(jù)調(diào)查、車胎痕，以及一些印記證據(jù)調(diào)查等。其中一個(gè)重要的例子是犯罪過程中用過的工具留下的痕跡證據(jù)研究；這些工具在生產(chǎn)以及使用過程中產(chǎn)生的缺陷標(biāo)記能夠根據(jù)其表面情況鑒別出來。圖7(a)描述的是利用一個(gè)螺絲刀在鉛樣品上形成的一道工具痕跡；圖7(b)表示的是利用硅樹脂基進(jìn)行復(fù)制得到的復(fù)制件；圖7(c)表示的是實(shí)際損傷（A）與復(fù)制件（B）的對比圖。

圖7 (a)鉛樣品上的測試痕跡；(b)利用硅樹脂基獲得復(fù)制件；(c)兩者對比圖

現(xiàn)場金相檢測技術(shù)是一種非破壞性無損檢測技術(shù)，其本質(zhì)上是實(shí)驗(yàn)室金相檢測的一個(gè)延伸。實(shí)驗(yàn)室金相檢測過程中對于樣品制備的一般操作要求同樣適合于現(xiàn)場金相檢測。對于一些在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)難以進(jìn)行檢測的大型組件，現(xiàn)場金相檢測技術(shù)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行原位檢測（現(xiàn)場檢測）。

目前這種技術(shù)主要用于評估那些用在石化煉油廠、核能和燃煤電廠、余熱回收蒸汽發(fā)生器上的高溫組件的損傷情況和生命周期。此外，現(xiàn)場金相無損技術(shù)在司法調(diào)查及摩擦學(xué)領(lǐng)域內(nèi)也具有非常廣泛的應(yīng)用。