據金相檢測介紹：高速公路建設是一個投資龐大的工程，為了延長其使用壽命而獲得更大的經濟效益，必須要保證它的建設質量，而交通工程設施是高速公路的一個重要組成部分，其使用壽命在一定程度上影響著高速公路整體的使用壽命，為此需要建立一套完善的、科學的檢測手段，以確保公路交通設施的質量。防腐性能是交通工程設施檢測中的一項重要指標，其表面的鍍鋅層是基體鋼材的“保護傘”，而“保護傘”是否合格關系到設施的使用壽命。傳統的鍍鋅層檢測采用三氧化銻法、測厚儀、硫酸銅法，操作復雜。本文通過介紹現代化金相顯微技術，提出了一種新的交通工程設施鍍鋅層檢測方法，并已被應用到實際的檢測工作當中。
1交通工程設施鍍鋅工藝及鍍鋅層結構
1.1鍍鋅工藝
鋼鐵材料的十分之一消耗于腐蝕。為此，人們力圖通過各種手段來避免或減少鋼鐵的腐蝕損失。常用的鍍鋅層對鋼鐵制品有著良好的防護作用，因為鋅是既可以防止鋼鐵的大氣腐蝕，又能受自身腐蝕產物的保護，使自身腐蝕速度減緩的一種金屬，因而被廣泛地應用于大氣中鋼鐵材料的防腐蝕當中。在各種鍍鋅方法中，有熱鍍鋅、電鍍鋅、熱噴鍍、真空蒸發鍍等，交通工程設施生產廠家所采用的主要防腐處理方法是熱浸鍍鋅。熱浸鍍鋅是目前應用廣、性價比較適中的防腐處理方法，其工序為：酸洗→水洗→堿洗→水洗→稀鹽酸處理→助鍍→熱浸鍍→冷卻。
1.2鍍鋅層結構金相檢測
在熱鍍鋅工藝的溫度范圍內，它所產生的相層由鐵開始，分別如下：
a)α相它是鋅溶入鐵中所形成的固溶體，當溫度在450℃～460℃范圍時，其鋅含量約為10%，當溫度下降時，則鋅在該相內的溶解度降低，當冷卻至室溫時，鋅含量為6%，多出的鋅則形成了含鋅量高的γ相(Fe3Zn10)；
b)α+γ的共晶混合物它在623℃以上才能形成；
c)γ相它是以Fe3Zn10和Fe3Zn27為主成分的中間金屬化合物，這個相是鍍層中較硬同時也是較脆的相；
d)γ+δ的包晶混合物它是只有在668℃以上才能形成的組織；金相檢測
e)δ相它是以FeZn7為主體的中間金屬相，這種組織的硬度較高，但塑性較好；
f)δ相與ζ相的包晶混合物它是在530℃時形成的混合物；
g)ζ相它是以FeZn13為基礎的中間金屬相；
h)η相它是以鋅為主，只有微量(0.003%)鐵的鐵-鋅固溶體(可以認為是純鋅相)。
然而，純鋅的熔點為419.4℃，在熱浸鍍鋅時一般鋅的溫度都在500℃以下，當鍍鋅溫度超過470℃時，一些對于鍍鋅不利的鋅鐵金屬化合物則快速生長，這會給設備和生產帶來一些不利的影響。因此在實際的鋼鐵熱鍍鋅生產過程中，熱鍍鋅的溫度都不超過490℃，并且浸鋅時間不會過長，所以在鍍鋅鋼材表面很難獲得以上全部相層結構，只能產生一些在420℃～500℃之間可以生成的相層結構。
圖1所示是將低碳鋼浸于450℃純鋅液中2h后得到的鍍層顯微照片。從圖中可以看出，只有ζ相、η相、分為疏密不均的兩部分的δ相(δ1-密，δ2-稀疏)以及γ相，由于鍍鋅溫度沒有達到生成α+γ(623℃)、γ+δ1(627℃)、δ2+ζ(530℃)時的溫度。金相檢測
圖1熱鍍鋅各相層顯微照片
2金相顯微鏡用于鍍鋅層厚度檢測
2.1金相顯微鏡的基本結構
本顯微鏡主要觀察的是不透明物體，用以研究材料的金相組織。由于被觀察的試樣大小不一，因此，將載物臺位于鏡架上方，以利于試樣復置并能使試樣表面與儀器光軸的垂直。同時，被觀察物體是不透明的材料表面，所以必須利用電源照明才能使用。
顯微鏡的光路比放大鏡復雜，如圖2所示，其光線由燈泡1發出，經聚光鏡組2會聚，由反光鏡8將光線均勻地半聚集在孔徑光欄9上，經過聚光鏡組3，再將光線透過半反射鏡4聚集在物鏡組6的后焦面，這樣就使物體得到庫勒照明。由物體表面反射回來的光線復經過物鏡組6和輔助透鏡5到半反射鏡4而折轉向輔助透鏡11，以及棱鏡12與棱鏡13等一系列光學系統造成倒立放大的實像，由目鏡再度放大，這就是觀察者從目鏡視場里所看到的物體表面經放大的像。
圖2金相顯微鏡基本結構圖金相檢測
2.2檢測過程
2.2.1金相試樣的制備
2.2.1.1試樣的截取
選取送檢樣品表面完好的部分，用電動切割機切取合適的形狀和尺寸試樣，在切割時應盡量減小變形和發熱，以保證所取試樣組織與原金相組織一致。
2.2.1.2試樣的鑲嵌
若試樣尺寸過于細薄，則磨光拋光不易持拿，為此需要鑲嵌或夾持試樣。鑲嵌指把試樣鑲入鑲嵌材料中；夾持指把試樣夾入預先制備好的夾具內。
2.2.1.3試樣的磨制
經截取和鑲嵌的試樣表面粗糙、形變層厚，在顯微鏡檢查之前，必須經過磨光和拋光。磨光是為了消除取樣時產生的變形層，為此一般先用砂輪磨平，再用砂紙磨光，并盡量不要用機械磨光，以防用力過大而破壞斷面的金相組織結構。金相試樣經磨光后，仍有細微磨痕及表面金屬形變擾動層，這將影響正確的顯示組織，因而必須通過拋光加以消除。
2.2.2金屬顯微組織的顯示金相檢測
要從拋光好的金相試樣中得到有關的顯微組織信息，必須經過組織的顯現，即浸蝕或腐蝕。未經浸蝕的金相試樣，只有顯微組織組成的反光能力差別大于10%時才能明顯區分開來。多數情況下，拋光的金相試樣若不經浸蝕，不能顯示其顯微組織。根據對拋光表面改變的情況，組織顯示方法一般分為光學法、化學法和物理法。本文主要采用化學法，即用4%硝酸酒精擦拭并浸蝕一定時間后立即用流水沖洗，再用酒精漂洗，熱風吹干后，用顯微鏡觀察。
2.2.3鍍鋅層均勻性以及鍍鋅工藝的判斷
通過金相檢測可直接觀察到鍍層的組織結構、鍍層與基體的結合情況以及鍍層中的微觀缺陷(如孔洞、裂紋、夾雜物等)，從而可以鑒定鍍層的質量及均勻性。通過金相觀測可以判斷其鍍鋅工藝：熱浸鍍鋅的鋅與鋼鐵基體有反應層，另外純鋅層在凝固時有明顯的凝固組織，而電鍍是通過電沉積鍍鋅，沒有以上特征，如圖3、圖4所示。
圖3純鋅層
圖4電鍍層
由圖3可以看出，鍍層中沒有明顯的FeZn合金反應層和熱鍍鋅特征，無法判斷鍍層工藝為熱鍍鋅；而圖4所示鍍層中有明顯的FeZn合金反應層，鍍層工藝為熱鍍鋅。
2.2.4鍍鋅層厚度的測量金相檢測
測量鍍層厚度可以采用顯微鏡測量法：將試樣的橫斷面通過鑲嵌、磨光、拋光、浸蝕的程序，制備成具有鏡面光潔度可供顯微鏡放大觀察、測量的試樣，此時在顯微鏡下可以清晰地看到基體與鍍層的界面，此時即可準確地測量鍍層的厚度，在放大的顯微圖象上采用顯微測微尺直接測量鍍層的厚度，然后用測量的厚度值除以顯微鏡放大倍數即得實際鍍層厚度。
3實例———金相顯微鏡用于交通工程設施鍍鋅層的檢測
西安公路交通大學公路工程檢測中心(原交通部西安公路工程檢測中心)是1998年經交通部批準成立的具有甲級資質的檢測機構，設于長安大學公路學院。西安公路交通大學公路工程檢測中心交通工程檢測室對子洲至靖邊高速公路某標段護欄立柱進行了檢測，檢測項目包括鍍鋅工藝、鍍鋅層厚度，具體利用金相顯微鏡儀器檢測試件鍍鋅層的均勻性以及鍍鋅工藝，如圖5所示。
圖5送檢試件鍍鋅試樣
經檢測可知，鍍層中有明顯的FeZn合金反應層；鍍層工藝采用熱鍍鋅；鍍鋅層表面有明顯的“鋅花”，表明鍍層表面存在純鋅層，鍍鋅層均勻。利用金相顯微鏡儀器檢測的試件鍍鋅厚度如表1所示。
表1鍍鋅層厚度測量結果(單位：μm)
鍍鋅層厚度測量(μm)
結果
第1組
73，73，66，71，70
鍍鋅層平均厚度：72μm
第2組
79，73，72，72，71 金相檢測
第3組
72，76，71，74，68
第4組
72，73，75，74，74
鍍鋅層金相照片
結果
金相照片顯示：鍍層中有明顯的FeZn合金反應層；鍍鋅層平均厚度：72μm；鍍層工藝：熱鍍鋅。
4結論
傳統的鍍鋅層厚度測試采用三氧化銻法或鍍層測厚儀測試。相比而言，三氧化銻法操作復雜，精確度不高；鍍層測厚儀方法比較簡便快捷，便于現場測試，但由于金屬層的反應靈敏度有差異，其測試結果誤差較大。傳統鍍鋅層的均勻性試驗一般也采用硫酸銅法，測試過程比較復雜。金相顯微技術用于鍍鋅層檢測，操作比較簡單，檢測全過程是在沒有破壞鍍鋅層結構的前提下進行的，測試結果精確度較高，而且可以很直觀地從金相照片上判斷出鍍鋅層的均勻性和鍍鋅工藝。
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