ધાતુચિત્રણ (metallography) : પ્રકાશીય (optical) અને વીજાણુસૂક્ષ્મદર્શિકી (electron microscopy) જેવી પદ્ધતિઓ વડે ધાતુઓ અને મિશ્રધાતુઓની સંરચના(structure)નો અભ્યાસ. ઔદ્યોગિક રીતે તેમજ સંશોધનાર્થે એમ બંને રીતે તે ઉપયોગી છે.
પ્રકાશીય સૂક્ષ્મદર્શિકી ધાત્વિક પ્રણાલીઓની પ્રાવસ્થા(phase)ના તથા ધાતુઓની સૂક્ષ્મ સંરચનાના અભ્યાસ માટે ઘણા લાંબા સમયથી પ્રમાણભૂત તકનીક તરીકે વપરાય છે. તેમાં ધાતુનાં સંરચનાકીય લક્ષણો પ્રગટ થાય તે પ્રમાણે યોગ્ય રીતે તૈયાર કરેલી ધાતુની સપાટી ઉપરથી પરાવર્તિત થતા પ્રકાશ વડે નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. આ રીતે લગભગ 200 નેમી. જેટલું વિભેદન (resolution) અને 2000 × જેટલું રૈખિક આવર્ધન (magnification) પ્રાપ્ત થઈ શકે છે. વીજાણુસૂક્ષ્મદર્શિકી માટે નમૂનાની સપાટીની વિશિષ્ટ પ્રતિકૃતિઓ (replicas) અથવા સ્થૂળ (bulk) નમૂનામાંથી બનાવેલ પતરીઓ(foils)નો ઉપયોગ થાય છે. આ પદ્ધતિ 5 નેમી. થી 1 નેમી. જેટલું વિગત-વિભેદન (resolution of details) અને 50000 × થી 5,00,000 × જેટલું આવર્ધન આપે છે. સંરચનાકીય તબક્કાઓમાં થતા ફેરફાર અને ધાતુમાં સુઘટ્ય વિરૂપણ (plastic deformation) કઈ રીતે થાય છે, તેના અભ્યાસ માટે વીજાણુ-સૂક્ષ્મદર્શિકી બહુ ઉપયોગી છે. ધાતુ ઉપર ઉષ્મોપચાર કરવાથી તેના કણસ્વરૂપમાં શો ફેરફાર થાય છે તે જોવા ધાતુચિત્રણની રીતો બહોળા પ્રમાણમાં વપરાય છે. ધાતુચિત્રણનો ઉપયોગ ચિનાઈ પદાર્થો (ceramics), ખનિજો અને અર્ધવાહકો જેવા અધાતુ પદાર્થો માટે પણ થાય છે.
ધાતુચિત્રણમાં ફોટોમાઇક્રોગ્રાફ દ્વારા ધાતુની સંરચના તૈયાર કરતા કણોનાં કદ અને આકૃતિ તથા તે કણો કેવી રીતે ગોઠવાયા છે વગેરે બાબતો જાણી શકાય છે. તેના પરથી અનેક પ્રાવસ્થા ધરાવતી મિશ્રધાતુઓની સૂક્ષ્મસંરચના (microstructure) સંબંધી તારણો કાઢી શકાય છે. આ ઉપરાંત ધાતુઓના સંઘટનમાંની વિષમધર્મિતા (inhomogeneties), સૂક્ષ્મછિદ્રાળુતા (microporocity), વિરૂપણને લીધે ઉદભવતાં વિકૃતિચિહનો (strain markings), સૂક્ષ્મતિરાડો (microcracks), ધાતુમાંના અધાત્વિકી અંતર્વેશ (inclusions) વગેરેની માહિતી પણ મળી શકે છે.
આકૃતિ 1માં તાંબાની મિશ્રધાતુ પિત્તળ (જેમાં તાંબાના 70 % અને જસતના 30 % છે) પર ત્રણ જુદી જુદી ક્રિયાઓ કરાતાં તેના કણોમાં કેવો ફેરફાર થાય છે તે દર્શાવ્યું છે.
(a) (b) (c)
આકૃતિ 1 : પિત્તળના કણોની ખાસ સંરચના દર્શાવતાં ચિત્રો (70 % તાંબું, 30 % જસત), (a) મૃદૂકરણ કરેલ દ્વિપટ્ટાવાળા કણો, (b) શીત રોલિંગ કરી 40 % ઘટાડો (વિકૃત કણો), (c) તણાવથી ખવાયેલ, જેમાં આડી તિરાડો છે.
આકૃતિ 2 લોહ અને પોલાદમાં કાર્બનના વિભિન્ન પ્રમાણ અને ઉષ્મામાવજતને કારણે તેના કણોમાં કેવો ફેરફાર થાય છે તે દર્શાવે છે.
આકૃતિ 2 : લોખંડ અને સ્ટીલના કણોની ખાસ સંરચના દર્શાવતાં ચિત્રો. (a) ઉચ્ચ શુદ્ધતાવાળું લોખંડ, (b) ધીમા દરે ઠંડું કરેલ 0.85 % કાર્બનવાળું સ્ટીલ, પર્લાઈટ રચના જે સફેદ (પ્રકાશમય) ફેરાઈટ અને શ્યામ સિમેન્ટાઈટની બનેલી છે, (c) ઝડપી ઠારણ અને ત્યારબાદ ટેમ્પર (ગરમ) કરેલ, જેમાં ટેમ્પર થયેલ માર્ટેન્સાઈટના સળિયાઓ આકારના કણો ર્દશ્યમાન છે, (d) 1.10 % કાર્બનવાળા સ્ટીલને સાધારણ ઝડપે ઠંડું કરેલ છે, જેમાં બારીક પર્લાઈટની પશ્ચાદભૂમિમાં સફેદ સિમેન્ટાઈટ પતરીઓ વિડમેનસ્ટેટન સંરચના તરીકે દેખાય છે.
પ્રકાશીય સૂક્ષ્મદર્શિકીમાં ધાતુનો નમૂનો તૈયાર કરવા માટે આ પ્રમાણેની પ્રક્રિયાઓ કરાય છે : (1) પૉલિશિંગ, (2) નિરેખણ (etching).
પૉલિશિંગની બે રીતો છે. પ્રથમ રીતમાં નમૂનાને વિવિધ કણમાપ ધરાવતા કાચકાગળ અથવા એમરી કાગળ પર ઘસવામાં આવે છે. ત્યારબાદ ઍલ્યુમિનિયમ ઑક્સાઇડ, મૅગ્નેશિયમ ઑક્સાઇડ કે હીરાનો બારીક પાઉડર લગાવેલા કાપડના ફરતા ચક્ર પર પૉલિશ કરાય છે. આ પ્રમાણે પૉલિશ કરવાથી નમૂનાની સપાટી પર બારીક કાપા રહેતા નથી અને સપાટી અરીસા જેવી (mirrorlike) ચકચકિત બને છે. બીજી રીતમાં નમૂનાને ઘસીને પૉલિશ કરવાને બદલે વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા પૉલિશ કરાય છે. આ રીતનો ફાયદો એ છે કે તેમાં નમૂનાની સપાટી પર કોઈ પણ પ્રકારનું વિરૂપણ થતું નથી.
પૉલિશ કરેલ સપાટી માઇક્રોસ્કોપ દ્વારા જોતાં તેના પરની ઝીણી તિરાડ, ઝીણાં છિદ્રો કે બહારનો કોઈ બારીક પદાર્થ સપાટી પર રહી ગયો હોય તો જોઈ શકાય છે. બારીક સંરચના (microstructures) જોઈ શકાતી નથી. તે જોવા માટે યોગ્ય પ્રક્રિયક વડે નિરેખણ કરવું જરૂરી બને છે. પાણી, આલ્કોહૉલ કે ગ્લિસરીનમાં તેજાબ, ક્ષાર અથવા ખાસ રસાયણો ઉમેરેલાં હળવાં દ્રાવણો પ્રક્રિયક તરીકે વપરાય છે. દ્રાવણો કણોની કિનારોને કંઈક અંશે ઓગાળે છે. એટલે કણો જુદા દેખાય છે. દ્રાવણની નિરેખણ કરવાની રીત ઉપરાંત વીજદ્રાવણ તેમજ ઉપચાયક (oxidising) વાતાવરણની રીતો પણ વપરાય છે.
આકૃતિ 3 : 0.35 % કાર્બન અને 0.04 % બૉરન ધરાવતા સ્ટીલના દ્વિપ્રાવસ્થાનો ઇલેક્ટ્રૉન માઇક્રોગ્રાફ જે સામાન્ય રીતે 10B35 તરીકે ઓળખાય છે. અહીં સળીઓ જેવા આકારનું માર્ટેન્સાઈટ અને બાકીનું ફેરાઈટ દર્શાવાયું છે.
ધાતુચિત્રણમાં પૉલિશ અને નિરેખણ કરેલા નમૂનાનું પ્રકાશીય સૂક્ષ્મદર્શન કરવા માટે મેટલોગ્રાફિક માઇક્રોસ્કોપ વપરાય છે. આ માઇક્રોસ્કોપમાં નમૂનાની સપાટીને કાટખૂણે પ્રકાશકિરણો ફેંકી સપાટીને પ્રકાશિત કરવામાં આવે છે. અમુક માઇક્રોસ્કોપમાં કિરણો કાટખૂણાને બદલે ત્રાંસાં ફેંકવામાં આવે છે, જેથી પડછાયાને લીધે ચિત્ર વધુ સ્પષ્ટ બને. અમુકમાં ધ્રુવિત (polarised) પ્રકાશનો ઉપયોગ કરાય છે. તેને લીધે સપાટી પરના બાહ્ય અધાત્વિક પદાર્થો તેમજ આસપાસના કણો વધુ સ્પષ્ટ જોઈ શકાય છે.
ધાતુચિત્રણમાં પ્રકાશીય સૂક્ષ્મદર્શન ઉપરાંત વીજાણુ-સૂક્ષ્મદર્શન (electron microscopy) પણ વપરાય છે. આ રીતમાં બહુ ઉચ્ચ સ્તરનું વિભેદન અને આવર્ધન મળે છે. આકૃતિ 3માં 0.35 % કાર્બન અને 0.04 % બૉરનવાળા પોલાદના નમૂનાની સપાટીનું વીજાણુ સૂક્ષ્મદર્શક વડે લેવાયેલ ચિત્ર છે. તેમાં માર્ટેન્સાઈટ (પાતળી સળી જેવાં) અને ‘ફેરાઈટ’ (થોડા ગોળાકાર જેવાં) સ્વરૂપો સ્પષ્ટ જોઈ શકાય છે. નમૂનાઓ ગરમ, ઠંડા કે વિરૂપણ – એમ ખાસ સ્થિતિમાં હોય ત્યારે કણોની સ્થિતિ કેવી હોય તેનું નિરીક્ષણ કરવાની ખાસ સુવિધાઓ વીજાણુસૂક્ષ્મદર્શકમાં હોય છે. પદાર્થ અને ધાતુશાસ્ત્રની સંશોધન પ્રયોગશાળાઓમાં વીજાણુ સૂક્ષ્મદર્શક મહત્વનું સાધન ગણાય છે.
પ્રકાશીય અને વીજાણુસૂક્ષ્મદર્શિકી રીતો ધાતુઓ અને મિશ્રધાતુઓના સૂક્ષ્મકણોના માત્રાત્મક (quantitative) આલેખનના અભ્યાસ માટે બહોળા પ્રમાણમાં વપરાય છે.
ગાયત્રીપ્રસાદ હીરાલાલ ભટ્ટ