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金相顯微鏡的使用和金相試樣的制備

金相顯微鏡是對金屬材料的金相組織進行分析的重要光學儀器。金相學主要指借助光學(金相)顯微鏡和體視顯微鏡等對材料顯微組織、低倍組織和斷口組織等進行分析研究和表征的材料學科分支,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、準備和取樣方法。其主要反映和表征構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)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、金相顯微鏡的構造 




光學金相顯微鏡的構造一般包括放大系統(tǒng)、光路系統(tǒng)和機械系統(tǒng)三部分,其中放大系統(tǒng)是顯微鏡的關鍵部分。 目前主要是電腦型金相顯微鏡,是將光學顯微鏡技術、光電轉(zhuǎn)換技術、計算機圖像處理技術完美地結合在一起而開發(fā)研制成的高科技產(chǎn)品,可以在計算機上很方便地觀察金相圖像,從而對金相圖譜進行分析,評級等以及對圖片進行輸出、打印。



二、使用顯微鏡時應注意的事項




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,接通電源必須通過變壓器,切不可誤接在220V電源上; 

3)更換物鏡、目鏡時要格外小心,嚴防失手落地; 

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

5)用油系物鏡時,滴油量不宜過多,用完后必須立即用二甲苯洗凈、擦干;

6)待觀察的試樣必須完全吹干,用氫氟酸浸蝕過的試樣吹干時間要長些,因氫氟酸對鏡片有嚴重腐蝕作用。 



三、金相試樣制備 




金相試樣制備過程一般包括:取樣、粗磨、細磨、拋光和浸蝕五個步驟。 

1)取樣 

從需要檢測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,對于軟材料可以用鋸、車、刨等方法;對于硬材料可以用砂輪切片機或線切割機等切割的方法,對于硬而脆的材料可以用錘擊的方法。無論用哪種方法都應注意,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,一般直徑或邊長為15~20mm,高為12~18mm比較適宜。對那些尺寸過小、形狀不規(guī)則和需要保護邊緣的試樣,可以采取鑲嵌或機械夾持的辦法。 

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)作為填料進行的。前兩種屬于熱鑲填料,熱鑲必須在專用設備一鑲嵌機上進行。第三種屬于冷鑲填料。 

2)粗磨 

粗磨的目的主要有以下三點: 

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

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

?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行細磨。細磨,可分為手工磨和機械磨兩種, 目前機械磨是主要的磨樣方式。

目前普遍使用的機械磨設備是預磨機。電動機帶動鋪著水砂紙的圓盤轉(zhuǎn)動,磨制時,將試樣沿盤的徑向來回移動,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重。因此要求較高的或材質(zhì)較軟的試樣應該采用手工磨制。

4)拋光 

拋光的目的是去除細磨后遺留在磨面上的細微磨痕,得到光亮無痕的鏡面。拋光的方法有機械拋光、電解拋光和化學拋光三種,其中最常用的是機械拋光。  機械拋光在拋光機上進行,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。

啟動開關使拋光盤逆時針轉(zhuǎn)動,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)滴灑在盤上即可進行拋光,拋光時應注意: 

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

?)在拋光過程中,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)拋光盤過臟或帶有粗大顆粒時,必須將其沖刷干凈后再繼續(xù)使用。

?拋光時間應盡量縮短,不可過長,為滿足這一要求可分粗拋和精拋兩步進行。

④拋有色金屬(如銅、鋁及其合金等)時,最好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,但是要分析金相組織還必須進行浸蝕。 

浸蝕的方法有多種,最常用的是化學浸蝕法,利用浸蝕劑對試樣的化學溶解和電化學浸蝕作用將組織顯露出來。 

純金屬(或單相均勻固溶體)的浸蝕基本上為化學溶解過程。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。在明場下觀察,可以看到一個個晶粒被晶界(黑色網(wǎng)絡)隔開。如浸蝕較深,還可以發(fā)現(xiàn)各個晶粒明暗程度不同的現(xiàn)象。這是因為每個晶粒原子排列的位向不同,浸蝕后,以最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即刻取出,用流動水沖洗后在浸蝕面上滴些酒精,再用濾紙吸去過多的水和酒精,迅速用吹風機吹干,完成整個制備試樣的過程。

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