另類天文攝影: 阿勒泰隕鐵金相

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另類天文攝影:
阿勒泰隕鐵金相

 

      用望遠鏡拍攝小行星、彗星屬於天文攝影，那用顯微鏡拍攝墜入地球的殘骸，自然也屬於天文攝影。

     以前就讀材料科學系時學習過金相的製備，剛好近期從我國大陸地區購買了一塊產自新疆阿勒泰地區的隕鐵切片，便做了金相觀察。

 

圖一，剛買來的阿勒泰隕鐵切片，樣品長約1.6cm

     金相學 (Metallography) 是微觀研究金屬材料的領域，其中最常使用的方式是光學顯微鏡觀察，通常金屬並不是完美的單晶體，且內部可能有不同成分、型態組成的組織，將金屬試樣打磨平整並拋光，再以腐蝕液腐蝕表面，由於不同組織的抗腐蝕能力不同，容易被腐蝕的區域較粗糙，導致漫射掉從金相顯微鏡物鏡射出的光，因此影像上顯得較暗，同時晶體顆粒之間晶界的自由能較大，更容易被腐蝕而顯得較暗，因此顯微影像也可以觀察晶粒的大小及型態 (如果有的話) 。若觀察方向和光線照射方向不同，則樣品較粗糙的部分應該更容易漫射光，使原本不會反射到觀察方向的光能夠反射到觀察方向，因此看起來較亮，和垂直照明的金相影像中看到的亮暗組織相反。

 

圖一，打磨、拋光並以低濃度硝酸酒精溶液
腐蝕後的阿勒泰鐵隕石樣品，可見粗大的晶粒

     在使用砂紙打磨後採用氧化鋁粉拋光，接著以硝酸酒精溶液 (nital) 腐蝕後即可顯現金相，由於這種材料較軟，沒有拋光機不好操作，因此很多刮痕沒有打磨掉，所幸不是以前修金相實驗課的時候，影像上一條刮痕扣十分。

     下方 (圖二) 是側向照明的影像，較花的部分應該是 Kamacite (錐紋石) ，鐵含量較高，這種組織在生成的時候會排除多餘的鎳，而鎳較多的 Taenite (鎳紋石) 組織則會在旁邊形成，看起來較光滑。

 

圖二，側面打光下的金相

     (圖二) 隕鐵的大顆 Kamacite 晶粒值得注意，大概有數毫米大，相比於一般常見的金屬材料，比方下方 (圖三) 是鐵罐的低碳鋼馬口鐵瓶蓋，一顆晶粒只有幾十微米，大小差了大概百倍。

 

圖三，馬口鐵瓶蓋金相 (低碳鋼)
Pearlite (波來鐵) 是 Ferrite 和 Fe₃C交疊
形成的層狀組織，容易被硝酸腐蝕，
Ferrite (肥粒鐵) 則是低碳的鐵α相組織，較不容易被腐蝕

 

圖四，和 (圖二) 同樣的位置，但採用
更大的放大倍率並採垂直照明，刮痕
更明顯了

 

      由於沒有正規的金相顯微鏡，上方 (圖四) 中以手持手電筒，從生物顯微鏡的其中一個目鏡照射，這樣光可以從物鏡以近乎垂直於樣品面的方向，垂直照射樣品，只有幾乎垂直反射回來的光會進入物鏡並成像。看起來 Kamacite 由於鎳含量較低，因此更容易被腐蝕，此外組織內還有一些顆粒，可能是其他成分如含碳、磷化合物等等雜質，這些雜質更不耐腐蝕。

 

圖五，側面照明，和 (圖二) 同樣的比例尺但不同區域

     上方 (圖五) 在沒有顯微放大的情況下，肉眼觀察發現一塊特別亮的斑塊區域，放大後發現其位於 Taenite 組織內

圖六，和 (圖五) 完全一樣的位置及比例尺，
但為垂直照明，由於手電筒無法完整照明
整片區域，因此只有中間方塊區域被照亮

 

     (圖六) 中可以明顯看到這塊在 (圖五) 中明亮的區塊變得很暗，表示這區域被腐蝕嚴重，導致凹凸不平，下方 (圖七) 進一步放大檢視發現其中有非常微小的晶粒，可以判斷是大量的晶界導致受到嚴重腐蝕，這塊區域可能是 Plessite (合紋石) 組織，由許多細小的 Kamacite 和 Taenite 組織共同組成。

 

圖七，高倍放大 (圖六) 中的暗色區塊

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