Inspection microscopique d'échantillons

À propos de la microscopie

Observation d'échantillons

La microscopie est utilisée pour procéder à l’analyse d’échantillons par l’intermédiaire d'un grossissement artificiel visant à rendre mieux visibles les moindres caractéristiques desdits échantillons. Par opposition à la macroscopie, qui consiste à examiner un échantillon à l'œil nu.

La microscopie optique est utilisée pour procéder à des examens de microstructures à des grossissement pouvant atteindre 1 000 x. La microscopie électronique permettant des grossissements jusqu'à 500 000 x est généralement utilisée pour procéder à l’analyse de défaut, dans les laboratoires de recherche et développement et les établissements d'enseignement.

Types de microscopie

Quatre types de microscopie sont utilisés pour les essais matérialographiques en fonction de la nature de la pièce et de l’objectif de l'examen. Ils sont décrits ci-après.

Microscopie optique
En microscopie optique, différents filtres sont utilisés pour améliorer le contraste et accentuer des caractéristiques spécifiques en se basant sur les propriétés du matériau. Pour ce faire, on utilise généralement des grossissements allant de 2,5 x à 1 000 x. En matérialographie, la lumière réfléchie est le type de microscopie optique la plus fréquemment utilisée. La microscopie optique à lumière transmise est également utilisée, mais principalement pour les échantillons minéralogiques.

Microscopie optique stéréoscopique
Le microscope stéréoscopique est une variante du microscope optique conçue pour l'observation d'un échantillon à faible grossissement grâce à la lumière réfléchie par la surface de l’échantillon.

Microscopie électronique à balayage
Un microscope électronique à balayage est un microscope électronique produisant les images d'un échantillon par balayage de la surface de l’échantillon à l’aide d'un faisceau d’électrons. Les électrons interagissent avec les atomes de l’échantillon, générant divers signaux pouvant être traduits en informations relatives à la topographie de la surface et à la composition de l'échantillon.

Microscopie électronique à transmission
La microscopie électronique à transmission utilise un faisceau d'électrons qui passe à travers un échantillon ultrafin tout en interagissant avec ce dernier. Les signaux générés peuvent être traduits en divers types d'informations, telles que l'orientation des différents cristaux.

Comment utiliser un microscope optique

La préparation des échantillons de microscopie optique de lumière

1. Préparation de l’échantillon

L'état de la surface de l’échantillon aura une influence sur la lumière réfléchie et transmise. Le niveau acceptable de la qualité de la surface est défini par le type d'analyse requis.

Une préparation correcte de l’échantillon est essentielle pour obtenir la qualité et le contraste de surface requis.

Source de lumière de microscopie optique

2. Source lumineuse

L'image de la surface est basée sur l’interaction entre la lumière et la surface. Différentes sources lumineuses telles que LED, halogène ou mercure, associées à différents types d’éclairages tels que l’éclairage coaxial, l'éclairage annulaire ou l’éclairage ponctuel permettront de couvrir une large variété de surfaces à analyser afin de déterminer des propriétés de surface telles que la rugosité, la couleur et l'alignement.

Un éclairage correct est essentiel pour pouvoir procéder à l’examen de topographies complexes.

3. Filtres

Le fond clair est la technique de contraste la plus fréquemment utilisée. Seuls les phases/éléments présentant une différence de réflectivités pourront être distinguées.

Les techniques de contraste telles que le fond noir, le contraste interférentiel et la lumière polarisée permettent d’observer les détails qui diffèrent de ceux mis en avant par le fond clair.

En microscopie optique, le choix des filtres dépend de la nature de la surface ainsi que des propriétés et des détails à examiner.
Techniques de contraste des couches de plastique Darkfield

Fond noir - Couches de plastique

Le fond noir permet également de distinguer les couleurs originales des différentes couches plastiques.

Microscopie Darkfield phases semi opaques

Fond noir - Qualité du polissage

Les fines rayures, les pores et les arrachements sont mieux visibles en fond noir qu'en fond clair. Les irrégularités telles que les pores et les fissures réfléchissent la lumière vers l’objectif alors que toutes les zones bien polies restent sombres. Cette technique permet une différentiation aisée des pores et inclusions, de la propagation des microfissures et l’évaluation de la qualité du polissage.

Microscopie Darkfield phases semi opaques

Fond noir phases semi opaques

Les phases semi-opaques peuvent être identifiées par leur couleur, par exemple des inclusions d’oxyde de cuivre (Cu2O), qui sont grises sur fond clair, mais qui dans une matrice de cuivre se distinguent par leur couleur rouge grenat en fond noir.

Microscopie en lumière polarisée

Lumière polarisée

Utilisée pour :
- obtenir une structure contrastée des métaux anisotropes qui sont difficiles à attaquer, tels que certains alliages de titane et d’étain, le béryllium ou l’uranium.
- identifier divers composants intermétalliques et inclusions grâce à leurs effets anisotropes caractéristiques.
- différencier les phases anisotropes des phases isotropes.
- vérifier si la surface des métaux isotropes peut être rendue optiquement active par une attaque (par ex. anodisation).

La microscopie en contraste d'interférence différentielle

Contraste interférentiel

Le contraste interférentiel permet de mettre en avant un relief. Certains types de phases intermétalliques peuvent par exemple être détectés par référence à leur morphologie.

Microscopie à fluorescence

Fluorescence

Les parties de l'échantillon qui ne sont pas fluorescentes restent sombres et il est facile de détecter les fissures ou les pores grâce à l'ajout d'un colorant fluorescent à la résine d’enrobage.

4. Acquisition des images

Outre tout ce qui est mentionné ci-dessus, la capture de la véritable microstructure dépend de facteurs importants lors de l’acquisition des images. Les deux facteurs les plus importants sont l’exposition et la balance des blancs.

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