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課堂 | 金相顯微鏡的使用和金相試樣的制備

2022

06-13

10:50:05

 213

來(lái)源：化工儀器網(wǎng)

　　金相顯微鏡是對(duì)金屬材料的金相組織進(jìn)行分析的重要光學(xué)儀器。金相學(xué)主要指借助光學(xué)(金相)顯微鏡和體視顯微鏡等對(duì)材料顯微組織、低倍組織和斷口組織等進(jìn)行分析研究和表征的材料學(xué)科分支，既包含材料顯微組織的成像及其定性、定量表征，亦包含必要的樣品制備、準(zhǔn)備和取樣方法。其主要反映和表征構(gòu)成材料的相和組織組成物、晶粒(亦包括可能存在的亞晶)、非金屬夾雜物乃至某些晶體缺陷(例如位錯(cuò))的數(shù)量、形貌、大小、分布、取向、空間排布狀態(tài)等。下面淺談金相顯微鏡的使用以及金相試樣的制備。

　　一、金相顯微鏡的構(gòu)造

　　光學(xué)金相顯微鏡的構(gòu)造一般包括放大系統(tǒng)、光路系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三部分，其中放大系統(tǒng)是顯微鏡的關(guān)鍵部分。目前主要是電腦型金相顯微鏡，是將光學(xué)顯微鏡技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)完美地結(jié)合在一起而開發(fā)研制成的高科技產(chǎn)品，可以在計(jì)算機(jī)上很方便地觀察金相圖像，從而對(duì)金相圖譜進(jìn)行分析，評(píng)級(jí)等以及對(duì)圖片進(jìn)行輸出、打印。

　　二、使用顯微鏡時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

　　1)操作者的手必須洗凈擦干，并保持環(huán)境的清潔、并保持環(huán)境的清潔、干燥；

　　2)用低壓鎢絲燈泡作光源時(shí)，接通電源必須通過(guò)變壓器，切不可誤接在220V電源上；

　　3)更換物鏡、目鏡時(shí)要格外小心，嚴(yán)防失手落地；

　　4)調(diào)節(jié)物體和物鏡前透鏡間軸向距離(以下簡(jiǎn)稱聚焦)時(shí)，必須首先弄清粗調(diào)旋鈕轉(zhuǎn)向與載物臺(tái)升降方向的關(guān)系。應(yīng)該先用粗調(diào)旋鈕將物鏡調(diào)至盡量靠近物體，但絕不可接觸。然后仔細(xì)觀察視場(chǎng)內(nèi)的亮度并同時(shí)用粗調(diào)旋鈕緩慢將物鏡向遠(yuǎn)離物體方向調(diào)節(jié)。待視場(chǎng)內(nèi)忽然變得明亮甚至出現(xiàn)映象時(shí)，換用微調(diào)旋鈕調(diào)至映象清晰為止。

　　5)用油系物鏡時(shí)，滴油量不宜過(guò)多，用完后必須立即用二甲苯洗凈、擦干；

　　6)待觀察的試樣必須*吹干，用qing氟酸浸蝕過(guò)的試樣吹干時(shí)間要長(zhǎng)些，因qing氟酸對(duì)鏡片有嚴(yán)重腐蝕作用。

　　三、金相試樣制備

　　金相試樣制備過(guò)程一般包括：取樣、粗磨、細(xì)磨、拋光和浸蝕五個(gè)步驟。

　　1)取樣

　　從需要檢測(cè)的金屬材料和零件上截取試樣稱為“取樣”。取樣的部位和磨面的選擇必須根據(jù)分析要求而定。截取方法有多種，對(duì)于軟材料可以用鋸、車、刨等方法;對(duì)于硬材料可以用砂輪切片機(jī)或線切割機(jī)等切割的方法，對(duì)于硬而脆的材料可以用錘擊的方法。無(wú)論用哪種方法都應(yīng)注意，盡量避免和減輕因塑性變形或受熱引起的組織失真現(xiàn)象。試樣的尺寸并無(wú)統(tǒng)一規(guī)定，從便于握持和磨制角度考慮，一般直徑或邊長(zhǎng)為15~20mm，高為12~18mm比較適宜。對(duì)那些尺寸過(guò)小、形狀不規(guī)則和需要保護(hù)邊緣的試樣，可以采取鑲嵌或機(jī)械夾持的辦法。

　　金相試樣的鑲嵌，是利用熱塑性塑料(如聚氯乙烯)，熱凝性塑料(如膠木粉)以及冷凝性塑料(如環(huán)氧樹脂+固化劑)作為填料進(jìn)行的。前兩種屬于熱鑲填料，熱鑲必須在設(shè)備一鑲嵌機(jī)上進(jìn)行。第三種屬于冷鑲填料。

　　2)粗磨

　　粗磨的目的主要有以下三點(diǎn)：

　　?修整有些試樣，例如用錘擊法敲下來(lái)的試樣，形狀很不規(guī)則，必須經(jīng)過(guò)粗磨，修整為規(guī)則形狀的試樣;

　　?磨平無(wú)論用什么方法取樣，切口往往不十分平滑，為了將觀察面磨平，同時(shí)去掉切割時(shí)產(chǎn)生的變形層，必須進(jìn)行粗磨;

　　?倒角在不影響觀察目的的前提下，需將試樣上的棱角磨掉，以免劃破砂紙和拋光織物。

　　3)細(xì)磨

　　粗磨后的試樣，磨面上仍有較粗較深的磨痕，為了消除這些磨痕必須進(jìn)行細(xì)磨。細(xì)磨，可分為手工磨和機(jī)械磨兩種，目前機(jī)械磨是主要的磨樣方式。

　　目前普遍使用的機(jī)械磨設(shè)備是預(yù)磨機(jī)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鋪著水砂紙的圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，磨制時(shí)，將試樣沿盤的徑向來(lái)回移動(dòng)，用力要均勻，邊磨邊用水沖。水流既起到冷卻試樣的作用，又可以借助離心力將脫落砂粒、磨屑等不斷地沖到轉(zhuǎn)盤邊緣。機(jī)械磨的磨削速度比手工磨制快得多，但平整度不夠好，表面變形層也比較嚴(yán)重。因此要求較高的或材質(zhì)較軟的試樣應(yīng)該采用手工磨制。

　　4)拋光

　　拋光的目的是去除細(xì)磨后遺留在磨面上的細(xì)微磨痕，得到光亮*的鏡面。拋光的方法有機(jī)械拋光、電解拋光和化學(xué)拋光三種，其中常用的是機(jī)械拋光。機(jī)械拋光在拋光機(jī)上進(jìn)行，將拋光織物(粗拋常用帆布，精拋常用毛呢)用水浸濕、鋪平、繃緊并固定在拋光盤上。

　　啟動(dòng)開關(guān)使拋光盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將適量的拋光液(氧化鋁、氧化鉻或氧化鐵拋光粉加水的懸浮液)滴灑在盤上即可進(jìn)行拋光，拋光時(shí)應(yīng)注意：

　　?試樣沿盤的徑向往返緩慢移動(dòng)，同時(shí)逆拋光盤轉(zhuǎn)向自轉(zhuǎn)，待拋光快結(jié)束時(shí)作短時(shí)定位輕拋。

　　?)在拋光過(guò)程中，要經(jīng)常滴加適量的拋光液或清水，以保持拋光盤的濕度，如發(fā)現(xiàn)拋光盤過(guò)臟或帶有粗大顆粒時(shí)，必須將其沖刷干凈后再繼續(xù)使用。

　　?拋光時(shí)間應(yīng)盡量縮短，不可過(guò)長(zhǎng)，為滿足這一要求可分粗拋和精拋兩步進(jìn)行。

　?、軖佊猩饘?如銅、鋁及其合金等)時(shí)，在拋光盤上涂少許肥皂或滴加適量的肥皂水。

　　5)浸蝕

　　拋光后的試樣在金相顯微鏡下觀察，只能看到光亮的磨面，如果有劃痕、水跡或材料中的非金屬夾雜物、石墨以及裂紋等也可以看出來(lái)，但是要分析金相組織還必須進(jìn)行浸蝕。

　　浸蝕的方法有多種，常用的是化學(xué)浸蝕法，利用浸蝕劑對(duì)試樣的化學(xué)溶解和電化學(xué)浸蝕作用將組織顯露出來(lái)。

　　純金屬(或單相均勻固溶體)的浸蝕基本上為化學(xué)溶解過(guò)程。位于晶界處的原子和晶粒內(nèi)部原子相比，自由能較高，穩(wěn)定性較差，故易受浸蝕形成凹溝。晶粒內(nèi)部被浸蝕程度較輕，大體上仍保持原拋光平面。在明場(chǎng)下觀察，可以看到一個(gè)個(gè)晶粒被晶界隔開。如浸蝕較深，還可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)晶粒明暗程度不同的現(xiàn)象。這是因?yàn)槊總€(gè)晶粒原子排列的位向不同，浸蝕后，以密排面為主的外露面與原拋光面之間傾斜程度不同的緣故。

　　經(jīng)檢查后合格的試樣可以放在浸蝕劑中，拋光面朝上，不斷觀察表面顏色的變化。這是浸蝕法。也可以用沾有浸蝕劑的棉花輕輕擦拭拋光面，觀察表面顏色的變化。此為擦蝕法。待試樣表面被浸蝕得略顯灰暗時(shí)即刻取出，用流動(dòng)水沖洗后在浸蝕面上滴些酒精，再用濾紙吸去過(guò)多的水和酒精，迅速用吹風(fēng)機(jī)吹干，完成整個(gè)制備試樣的過(guò)程。

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