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金相试样电解机械复合抛光工艺 日期:2016.11.24

要:P22型金相试样抛光机上,对五种不同类型的金相试样通过正交试验法进行的电解机械复合抛光工艺试验的过程及结果,试验表明,该工艺具有对材料的适应性广,试样抛光效率高及质量好的优点。

关键词:金相试样;复合抛光;正交试验

金相试样的制备是金相分析工作中一项必不可少的准备正序,且是一项繁琐而细致的工作,试样制备质量的高低主要与制备过程中的磨光及抛光工序有关,在保证磨光质量的前提下,抛光则成为试样制备成败的关键。常用的抛光方法有:机械抛光、电解抛光及化学抛光,它们各有利弊,因而各有不同的适用范围。

机械抛光由于具有对各种金属材料适应性强的优点而成为使用最普遍的一种方法,但它的抛光效率低且对操作人员的技术素质要求较高,对不同的材料有不同的操作规范,如操作欠佳则全千万一些抛光缺陷而影响制样效率及质量。

电解抛光是在电解池中通过试样的阳极溶解而达到磨面平整的目的,因而不会产生变形层,其效率高、重视性好、适合于批量操作。但是,由于存在组织边缘首先磨耗、不能满足组织边绷高清晰度的要求;只能磨平粗糙处,而不能磨平大面积的不平整处;抛光面上附着一层覆盖层而影响组织显示的清晰度;不能用于粗晶粒材料等不足,而使其使用范围受到限制。

为了克服某种抛光方法的不足,提高制样的质量,可在两种不同的抛光装置上采用机械与电解两种抛光方法交替进行,以弥补各自的不足。但是,此种操作过于繁琐而影响制样的效率。我们采用电解、机械抛光同时进行的复合抛光方法,集两种方法的优点来提高金相试样制备的质量和效率。本文自行改装的P-2型金相试样抛光机对五种不同材料进行工艺试验。

试验过程

1.

P-2型金相试样抛光机,在该机上增设直流稳压电源作为电解电源、阳极导电板、与抛盘接触的笔型石墨作阴极电刷,电解液送器等,其改装结构示意图如图1所示。

2.

取五种具有典型意义的金属材料(见表1所示),经切割、砂纸打磨制成510×20mm试样以备试验。

 

 

:电解液成分、浓度及温度;电流密度;磨料种类;粒度及浓度;抛光织物种类、厚度及弹性;抛盘转速;施加在试样上的压力;抛磨时间等。为了简化试验,将其中一些因素固定,这些因素为:

1)试样均经400号砂纸预磨;

2)W015

3)NaNO3溶液;

4)试验温度为室温。

然后对影响试样抛光质量的四个主要因素:电解液浓度、电流密度、抛光织物种类、抛磨时间采用正交法优选,以找出最佳工艺参数,试验考核指标为抛磨后试样表面的粗糙度,用视检法配合显微镜检查,每种工艺各加工三个试样,结果取它们的平均值(见表2)

试验结果

经正交试验得到各类材料较为理想的工艺方案,分析各因素产生的极差,发现电流密度和抛光时间是两个最为关键的工艺参数,为此把上述理想工艺中的电解液浓度和抛光织物两个因素固定,对另两个关键参数则缩小水平差距,进一步进行试验,得到各类材料电解机械复合抛光的最佳工艺参数如表3

1.

如图1所示,试样作为阳极,抛盘为阴极,通过充满电解液的抛光织物构成一直流回路,产生电解作用,在试样磨面迅速形成电解阳极钝化膜,该膜瞬时即被带有磨料的抛光织物去除。而且由于抛光过程中试样表面凸起部分与抛盘间的间隙小,电流密度大而使电解作用显著大于凹下部分,能产生较厚的钝化膜,而钝化膜即被抛光织物去除,经反复将试样上新的凸起点去除,试样即被整平。

 

 

1

2.

T12钢淬火低温回火态这类硬度较高的金属材料,采用纯机械抛光,一般需5min以上,还需要遵守一定的操作规范。如低速慢抛以防发热而使组织物发生变化等。否则,不易得到高质量的磨面,而且抛光织物的磨损严重,使用寿命很低、磨料的消耗也很大;如用纯电解抛光也需35min[1]12s,试样磨面即无划道、凹痕,完全达到光亮镜面效果,经常规方法浸蚀后,极细回火马氏体+粒状二次渗碳体组织显示清晰。

1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢和软基体材料,易产生形变强化,纯机械抛光制样比较困难、费时。影响制样质量的因素较多,难以得到理想的效果,组织中常常会出现大量由于抛光变形效应而出现的剪切带及马氏体针。由于其具有单相组织,是一种适合电解抛光的材料,但需抛光26min15s即可达到较高制样要求,经浸蚀后单相奥氏体晶粒位向及孪晶显示清晰。

对于20钢等低碳钢及纯铁材料,为显示其组织中的铁素体晶界,常需多次抛光,浸蚀反复交替进行,才能达到要求,采用电解抛光也需57min15s抛磨,即可在浸蚀后清晰显示网状铁素体晶界。

对于铜、铝这些较软的有色金属材料,抛光操作难度大于一般钢铁材料,表面极易产生薄的变形层,且磨料易嵌入试样表面,为改善制样质量需采取一系列的措施,或利用它们优良的导电能力采用电解抛光法,但对H62黄铜也需515min510s即可获得如镜面似的光亮表面。

铸铝的基体特点是基体较脆,极易剥落,制样时必须保证较软的基体上无划痕,同时又要保证硅相不脱落,机械抛光时必须恰到好处,用电解抛光也需46min且硅相易剥落,用复合抛光工艺仅需20s一次抛光即可。

3.

对于不锈钢、低碳钢、有色金属等一些软基体的材料,为了防止磨料在试样表面产生二次划痕或嵌入试样表面及产生变形层等,同机械抛光类似,应采取一些改善措施,如:减少施加在试样上的抛磨压力;靠近抛盘中心操作以减少抛线速度,最好选用抛盘转速可调的抛光机,尽量在低速下抛磨;在抛磨前试样的准备上尽可能细磨,以提高电流密度,缩短抛磨时间;抛磨末期,为彻底清除磨面的钝化膜,应停电用纯机械抛光25s

结 论

1.试验结果表明,金相试样电解机械复合抛光工艺兼有电解及机械抛光的优点,克服了它们单独使用时的不足,因而是可行的,而且适合各种不同类型的单相及多相金属及合金,特别适用于软的、用机械抛光制样困难的低碳钢、不锈钢、有色金属等。

2.由于电解的作用,新鲜的金属表面极易生成纯化膜而该膜很软,很容易被去除,所以可使抛磨效率大大提高,初步比较,单个试样可比纯机械抛光提高106倍以上,对于批量较大的工厂金相检验工作具有重大的实际意义。

3.复合抛光工艺可使加在试样上的抛磨压力大大减少,抛磨温度也很低,可大大减少试样出现塑性变形等抛光缺陷的可能性,从而提高试样的抛磨质量,对提高金相分析的准确性极有利。

4.复合抛光是一种很有前途的、高效优质的工艺,可以预期,经进一步完善工艺试验,并在此基础上研制出专门的设备后,该工艺可在实际生产中广泛地推广应用。