金相制样的终极目的就是制备平整镜面,用于腐蚀后观测,或者直接观测。磨抛的重要性显而易见。如果说切割和镶嵌都是制样的前期步骤的话,那么磨抛就是制样环节中最为重要的步骤。有幸避开了切割和镶嵌工序的小伙伴,在磨抛阶段要更加谨慎仔细,稍有不慎便会功亏一篑。
磨抛分为磨平和抛光两个阶段。磨平的目的是快速去除切割留下的粗糙表面,获取平整的新鲜表面。而抛光则是逐级提高样品表面的粗糙度,直至达到光学观测的镜面水平。
对于高端的设备而言,磨平和抛光都可以在一台机器上完成。而对于耗材而言,磨平和抛光有大的不同。
磨平阶段,是相当于制样阶段的粗加工,需要粗磨粒的快速磨削,通常用碳化硅砂纸或者金刚石磨盘,基本不需要外加磨粒,加注大量的水即可。
抛光是样品磨削的精加工阶段,对材料的表面亲和力以及材料去除的难易程度非常敏感,通常抛光盘是载体,抛光液是磨粒载体,二者搭配使用,比如抛光盘的材质有丝绸,羊绒,化工显微,橡胶,绒布等,不同材质与纺织特点决定了他们对磨粒的储存特性和磨削特性;对于抛光液而言,多以金刚石磨粒,多晶金刚石刃口丰富,磨削速度快,有效避免边缘圆化,单晶成本较低,普通应用可以应付。对于精细终抛的时候,有很多的氧化物抛光液,粒度可以做到1微米以下。
值得一提的是,金刚石磨盘得到了越来越多的应用,特别是精磨阶段,快速简单,并且可以反复多次使用,寿命很长,所以综合性价比很高。
通常来说磨平阶段的磨粒直径在100微米以上,所以基础划痕自然也在100微米上下,抛光的过程就是逐级降低划痕大小,最终在1微米以内,常规光学倍数下面不可见,适合直接观测分析,或腐蚀后进行观测分析。由此可见,磨抛就是一个微细的材料平面磨削过程,磨削介质有两个来源,磨盘和悬浮液。特别是抛光的初级阶段,磨粒来源与磨盘,磨盘面可以是砂纸,也可以是带有金刚石或其他类型磨粒的研磨盘,这个过程也可以辅以悬浮液来强化研磨效果。在抛光的后期阶段,磨盘是不同类型的面料,本身不包含磨粒,但是可以收纳存储来自于悬浮液的磨粒。
磨抛的目标是逐级消除划痕,宏观上是材料磨削的物理过程。事实上由于应力的原因,样品表面处于一种高能的状态,很容易与水、空气、磨削介质等发生电化学反应,所以不同材质的样品对磨抛耗材的搭配很是讲究,需要大量的尝试积累才能找到有效且简便的方法。
综上所述,金相师的主要任务就是不断的摸索和优化的各种组合,然后将其固化下来,与其他人分享。这个过程注定要反复摸索尝试,少不了走弯路和耗费时间精力。最省心的办法就是把这这项工作外包给专业公司。国内比较专业的公司例如上海川禾,他们有十多年的委托制样经验,积累了大量的制样信息,组建了专门的数据库,可以快速获得最佳制样方案。
所有的显微分析都是无数细节的累计和结晶,金相分析亦是如此。再不起眼的误差都可能为后续观测制造障碍,行业从业人员必须怀揣敬畏之心,追求尽善尽美。
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