软金属(铝合金)金相试样的制备
2024-07-31

目的与任务
重温金相样品的基本制备方法,了解材料比较软的时候,磨光、抛光的技巧;在教师指导下,独立完成一个电木粉镶做铝合金样品(1~2%Cu)的制备、组织显示过程。另外,了解耐蚀样品的蚀刻方法,进一步体会浸蚀、擦拭蚀刻方法的技巧和需要。

 

内容、要求与安排方式
1.实验内容与要求
       内容涉及磨光、抛光、蚀刻。
       完成一个铝合金金相试样的制备、组织显示,包括磨光、抛光、蚀刻、观察。实际的操作如下:为每一位同学准备一个上一届同学在“材料工程基础”实践平台留存在实验室的铝铜合金的镶嵌样品,从400号砂纸开始,磨制3道砂纸;之后抛光,然后进行组织显示的蚀刻。
       软金属在磨光过程中的黏着感觉,与碳钢样品有显著区别;特别是在400号以上的细砂纸的磨光操作中尤其明显。同时,镶嵌样品磨面上性质不同的金属材料、镶嵌材料的复杂性,在手感、稳定控制上,与整体金属样品也存在差异。
       对于软金属在抛光过程中质量的波动,以及容易造成内部变形层的特点,注意随时检查、关注。
       蚀刻的时候,为了使得样品表面蚀刻均匀,要将样品表面倾斜放置在腐蚀液中,便于气泡的逸出;同时,不要一直在培养血中的同一个位置长时间停留,应当多次转换位置,保证蚀刻液不会出现局部失效。
       在实验中熟练操作4X1型显微镜,观察各个阶段样品的表面质量。

       同时,在完成铝合金样品制备、组织显示后,检查普通钢金相样品的完成情况,保证2个样品观察效果的高质量,为后续数字图像的采集做准备(由教师,在OLYMPUSCK40M型显微镜上检查、确认)
       对于实际样品不同方向上尺寸相差比较大的镶嵌样品,如何在光阶段控制磨面与样品轴线保持垂直,需要同学们在实践中掌握适合各自的技巧手段。
       安全使用蚀刻剂,也是本次实验需要特别强调、关注的(培养同学养成良好的工作习惯)


2.实验安排方式
场地与设备
1.金相样品制备实验室
2.所用设备:磨抛机;金相显微镜
3. 消耗性器材:铝合金镶嵌样品,3种规格的水砂纸(200、400、600、800号)、抛光绒布(海军呢)、吸水纸(高品质卫生纸)、抛光(2.5w)、混合酸试剂(HF1.0%、HC11.5%、HNO:2.5%、水95%;蚀刻时间为1~5分钟);常规蚀刻剂(4%的硝酸酒精)、脱脂棉、酒精、显微镜灯泡;
4.安全:腐蚀的时候,提供必要的防护、操作条件:带有通风橱的腐蚀台,竹夹子不锈钢镊子、小型培养皿;
5.磨光设备需要有连续的冷却水供应;同时,光设备需要配置有沉淀箱,供冷却水流入下水管道前沉淀磨削产物,避免管道堵塞。

 

       很软或者很硬的材料,其金相样品的制备、组织显示是比较困难的;但,这又是专业同学必须掌握的。
       本次软金属金相样品的获取,我们选择的材料是1~2%Cu的AI-CU合金。其热处理状态有4种:铸态、铸态+固溶处理、铸态+固溶处理+轧制、铸态+固溶处理+轧制+时效。样品很小,无法直接握持,所以,都经过了镶嵌。

        铝合金比较而言很软,在样品制备中需要掌握特殊的方式、技巧。由于本次的样品已经进行过较多的磨光处理。若直接从200号砂纸开始磨光,容易出现金属样品磨没了的尬现象。因此,我们选择3道砂纸光:400、600以及800号水砂纸。由于铝合金比较软,在样品制备过程中相应地请注意样品与砂纸之间接触时的黏着感,掌握控制样品平衡的技巧。最初向下用力不要过大,有经验后再逐步加大接触的力度。800号砂纸磨光时,在基本完成前,可以水流加大、用力减轻,近似于漂浮在砂纸上,这样,可以减少砂粒嵌入的机会,减轻样品表面内部损伤层的厚度。同时,样品上应当保持一个方向的划痕。
        另外,样品的截面尺寸在不同的方向上有些差异比较大,如果要保持磨面与样品轴线的垂直,需要注意磨光操作过程中的砂纸的磨削方向的控制。建议:为了保证样品在磨光过程中尽量不出现歪斜。

       抛光时,使用海军尼作为抛光织物,配以2.5w的金刚石抛光膏。
       应当说,铝合金比起铅、锡等材料来讲又算不上制备困难了;不过,技能的掌握、经验的总结,还是需要逐步过渡的,不能跨度过大。
组织显示,选择混合酸(科勒试剂-KellersEtch:蒸馏水190ml,硝酸5ml,盐酸3ml,氢氟酸2ml)[2,31。蚀刻的手法,采用浸蚀、擦拭结合的形式。样品蚀刻方法请注意:
       为了保证腐蚀效果,样品避免放置在腐蚀液中长时间不动,应当每隔20~30秒钟移动、按动(在脱脂棉上),以保证金属面所接触腐蚀液的效力。同时,样品表面倾斜放置保证腐蚀产生的气泡顺利溢出。

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