金相制樣研磨和拋光應(yīng)用指南

一般材料都用砂輪機(jī)粗磨。操作時(shí)應(yīng)利用砂輪側(cè)面，以保證試樣磨平。要注意接觸壓力不宜過大同時(shí)要不斷用水冷卻，防止溫度升高造成內(nèi)部的組織發(fā)生變化。粗磨完成后，試樣外邊緣應(yīng)倒角，以免在以后的工序過程中會(huì)將砂紙或拋光物拉裂，甚至還可能會(huì)被拋光物鉤住而被拋飛出外，造成事故。

研磨：

細(xì)磨的目的是消除粗磨遺留下來的深而粗的磨痕，為拋光做準(zhǔn)備。細(xì)磨本身包括多道操作，即在各號(hào)砂紙上從粗到細(xì)順序進(jìn)行。目前，主流的精磨方式為濕式機(jī)械精磨，細(xì)精磨時(shí)一般依次從180#開始，逐一更換細(xì)一號(hào)的砂紙推磨，一般鋼鐵試樣磨到1200#號(hào)砂紙，軟材料如鋁、鎂等合金可磨到3000#號(hào)砂紙。每換下一號(hào)細(xì)砂紙時(shí)，應(yīng)將磨面方向應(yīng)旋轉(zhuǎn)90°，以便觀察上次磨痕是否磨掉。 在細(xì)磨較軟的金相試樣時(shí)，如鋁、鎂、銅等有色金屬是應(yīng)該在砂紙上涂一層潤滑劑，可防止砂粒嵌入軟金屬材料內(nèi)，同時(shí)減少表面撕損現(xiàn)象。賦耘提供了氧化硅和氧化鋁兩種不同材質(zhì)的金相專用砂紙從80#-4000#，根據(jù)不同樣品要求，滿足使用者不同習(xí)慣。

拋光：

拋光的目的是除去金相試樣磨面上由細(xì)磨留下的磨痕，成為平整無疵的鏡面。拋光結(jié)果在很大程度上取決于前幾道工序的質(zhì)量，故拋光之前應(yīng)仔細(xì)檢查磨面磨痕是否為單一方向且均勻，否則應(yīng)重新磨光，以免白費(fèi)時(shí)間。

拋光通常在專用的金相樣品拋光機(jī)上灑以適量的拋光液后進(jìn)行，轉(zhuǎn)速一般在200～600r/min，粗拋時(shí)轉(zhuǎn)速較高，精拋或拋軟材料時(shí)轉(zhuǎn)速較低。在拋光盤上蒙一層織物，粗拋時(shí)常用帆布、呢布等，精拋時(shí)常用絨布、細(xì)呢金絲絨與絲綢、醋酸布，高精拋時(shí)用上阻尼布和高分子合成布。

 1、拋光注意事項(xiàng)

拋光時(shí)將試樣的磨面應(yīng)均勻地、平正地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上。壓力不宜過大，并從邊緣到中心不斷地作徑向往復(fù)移動(dòng)。

拋光過程中要不斷噴灑適量的拋光液。若拋光布上拋光液太多，會(huì)使鋼中夾雜物及鑄鐵中的石墨脫落，拋光面質(zhì)量不佳；若拋光液太少，將使拋光面變得晦暗而有黑斑。

后期應(yīng)使試樣在拋光盤上各方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以防止鋼中夾雜物產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。 

盡量減少拋光面表層金屬變形的可能性，整個(gè)拋光時(shí)間不宜過長，磨痕全部消除，出現(xiàn)鏡面后，拋光即可停止。試樣用水沖洗或用酒精洗干凈后就可轉(zhuǎn)入浸濕或直接在顯微鏡下觀察。

2、研磨拋光常見缺陷及應(yīng)對(duì)措施

 1）劃痕

劃痕即是樣品表面上的線性凹槽，是由研磨粒子造成的。

應(yīng)對(duì)措施：

確定在粗磨后，試樣座上所有樣品的表面都均勻地布滿同樣的 磨痕花樣；必要時(shí)重新進(jìn)行粗磨；每一道步聚后均應(yīng)仔細(xì)清潔樣品和試樣座，以去掉前一道工序中的大研磨粒子對(duì)磨/拋用具的干擾；如果在現(xiàn)行的拋光工序后仍有前面工序留下的磨痕，請(qǐng)先增加 25~50%的制樣時(shí)間。

2）褶皺

樣品較大區(qū)域發(fā)生的塑性變形稱為褶皺，當(dāng)不恰當(dāng)?shù)厥褂醚心チ?、潤滑劑或拋光布時(shí)，或者它們的搭配不合適，都將使研磨料象鈍刀一樣作用在作品表面，推擠表面，致使出現(xiàn)皺褶。

應(yīng)對(duì)措施：

潤滑劑：檢查潤滑劑的用量。潤滑劑量太少時(shí)常發(fā)生推擠，必要時(shí)應(yīng)加大潤滑劑用量。

拋光布：由于拋光布的高回復(fù)性，研磨料會(huì)被深深壓入拋光布的底部而無法起到研磨作用。及時(shí)更換拋光布

研磨料：金剛石的顆粒尺寸可能太小，致使無法壓入樣品進(jìn)行研磨。請(qǐng)使用大顆粒研磨料。

3）偽色

偽色就是對(duì)樣品表面的非正常著色，主要的原因是由于接觸了外來物質(zhì)。

應(yīng)對(duì)措施：

鑲樣時(shí)避免在樣品和樹脂間有留下縫隙

各道制樣工序后立即清洗并干燥樣品。

在氧化物拋光的最后10秒里，用涼水沖洗拋光布，使樣品和拋光布同時(shí)得到清洗，最終拋光后避免使用壓縮空氣干燥樣品，因?yàn)閴嚎s空氣含有油或水。

保存樣品時(shí)，不能將樣品置于空氣中，因?yàn)闈駳饪赡芙g樣品。應(yīng)該將樣品保存在干燥皿中。

4）變形

塑性變形（也可稱為冷加工）可能導(dǎo)致在研磨、精研或拋光之后存在表面下缺陷?？稍谖g刻之后首先看到殘余的塑性變形。

應(yīng)對(duì)措施：

變形是一種浸蝕后即刻顯現(xiàn)的假象（化學(xué)、物理或光浸蝕）。

如果在明場下觀察未浸蝕樣品時(shí)仍可見到懷疑是變形線的形貌，請(qǐng)首先參看“劃痕”這一節(jié)看看如何改進(jìn)制樣方法。

5）邊緣磨圓

當(dāng)使用回復(fù)性高的拋光布時(shí)，有時(shí)會(huì)同時(shí)研磨樣品的表面和側(cè)面，這種效應(yīng)稱為邊緣磨圓。果樹脂的磨損速率大于樣品，則會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

應(yīng)對(duì)措施：

磨制過程中要保護(hù)好需檢驗(yàn)的邊緣，不要因檢驗(yàn)樣品邊緣而對(duì)樣品邊緣過度磨制產(chǎn)生倒角，

拋光時(shí)試樣需要保護(hù)的一邊朝后，不需保護(hù)的一邊在前，迎著拋光盤轉(zhuǎn)動(dòng)的方向進(jìn)行拋光，拋光時(shí)盡可能接近盤心位置，拋光時(shí)間不宜過長。

6）浮雕

由于不同相的磨損速率和硬度不同而導(dǎo)致不同的材料剝離速率不同，從而產(chǎn)生浮雕。

應(yīng)對(duì)措施：

浮雕主要發(fā)生于拋光階段，研磨后的樣品質(zhì)量要高，給拋光提供好的基礎(chǔ)。拋光布對(duì)樣品的平整度有顯著影響，低回復(fù)性拋光布要比高回復(fù)性拋光布造成的浮雕效果輕。拋光布拋光期間應(yīng)保持一定的濕度，并且控制制樣時(shí)間，避免制樣時(shí)間過長。如果出現(xiàn)了浮雕現(xiàn)象必須要重新制樣。

7）脫落

研磨過程中，樣品表面處的粒子或晶粒被拽掉后留下的孔洞稱為脫落。由于硬脆材料無法塑性變形，致使樣品表面的微小區(qū)域發(fā)生破碎而脫落或被拋光布拖拽下來。

應(yīng)對(duì)措施：

切割和鑲樣過程中，不要施加過大的應(yīng)力以免損傷樣品。

粗磨或精磨時(shí)，不能使用過大的壓力和粗大的研磨粒子。應(yīng)使用無絨毛拋光布，這種布不會(huì)將粒子從基體上“拽”出來。每道工序都必須去掉上道工序造成的損傷，并盡可能地減小本 道工序造成的損傷。每道工序后都檢查樣品，找出何時(shí)發(fā)生脫落，一旦出現(xiàn)脫落就必須重新進(jìn)行磨制。

8）開裂

發(fā)生在脆性樣品和多相樣品中的斷裂稱為開裂。當(dāng)加工樣品的能量超過樣品所能吸收的能量時(shí)，多余的能量就會(huì)促使開裂。

應(yīng)對(duì)措施：

切割：必須選擇適當(dāng)?shù)那懈钶?，并?yīng)使用較低的送進(jìn)速度，必要時(shí)采取線切割技術(shù)，

鑲樣：避免對(duì)脆性材料或樣品進(jìn)行熱壓鑲樣，優(yōu)先使用冷鑲嵌。

磨樣：粗磨時(shí)避免使用大的壓力。

9）虛假孔隙率

有些樣品本身即帶有孔隙，如鑄造金屬、噴涂層或者陶瓷等。因此，重要的是如何獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，避免由于制樣錯(cuò)誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。軟質(zhì)材料和硬質(zhì)材料的結(jié)果有所不同。

軟材料

硬質(zhì)材料：

應(yīng)對(duì)措施：

易延展的軟材料可輕易地變形。因此，孔洞可能被存在污跡的材料覆蓋。檢驗(yàn)可以顯示孔隙百分比過低。硬質(zhì)、脆性材料的表面在第一機(jī)械制備步驟中易于斷裂，因此相對(duì)于實(shí)際情況呈現(xiàn)的孔隙率越高。每兩分鐘使用顯微鏡檢查試樣一次，每次檢查相同區(qū)域，以確保是否存在改進(jìn)。

10）曳尾

當(dāng)樣品與拋光盤沿同一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，曳尾常發(fā)生在析出相或孔洞的周圍。其典型的形狀使其被稱為“曳尾”。

應(yīng)對(duì)措施：

拋光期間，樣品和拋光盤使用相同的旋轉(zhuǎn)速度。減小拋光用力。

為避免拖尾缺陷的產(chǎn)生制樣時(shí)保持拋光布濕潤，試樣要不停地移動(dòng)，避免長時(shí)間的拋光。

11）污染

來源于其他部分而不是樣品本身的雜物，并在機(jī)械研磨或拋光過程沉積在樣品表面，這種現(xiàn)象稱之為污染。

應(yīng)對(duì)措施：

這種試樣重新輕拋即可去除，如果檢查拋光態(tài)試樣，用酒精淋后進(jìn)行吹風(fēng)時(shí)，用酒精棉花在試樣面上輕輕擦洗即可。

為了避免出現(xiàn)污染，各道制樣工序后尤其是最后一道工序后要立即清洗并干燥樣品。

當(dāng)懷疑某一種相或粒子可能不屬于真實(shí)組織時(shí)，請(qǐng)一定要清潔或者更換拋光布，并且從精磨開始重新制樣。

12）磨料壓入

游離的研磨料顆粒壓入樣品表面的現(xiàn)象。由于在金相顯微鏡下觀察嵌入的砂粒形態(tài)與鋼中非金屬夾雜物無法區(qū)分，會(huì)給缺陷分析造成誤判。

應(yīng)對(duì)措施：

對(duì)于有裂紋、孔洞的樣品，控制制樣的力度，每道工序后要沖洗樣品。

如果發(fā)現(xiàn)裂紋、孔洞內(nèi)有單個(gè)顆粒狀、顆粒尺寸較小并與基體分離的夾雜物，應(yīng)當(dāng)借助于掃描電鏡的能譜進(jìn)行分析以確定是鋼中夾雜物還是制樣時(shí)帶入的。

13）研磨軌跡

即研磨粒子在硬表面上無規(guī)運(yùn)動(dòng)而在樣品表面上留下的印痕。雖然樣品上沒有劃痕，但可見到粒子在表面上無規(guī)則運(yùn)動(dòng)留下的清晰痕跡。使用的磨/拋盤或拋光布不合適，或者施加的壓力不準(zhǔn)確，這些錯(cuò)誤合在一起易導(dǎo)致擦痕。

應(yīng)對(duì)措施：

高彈性的拋光布。

適量增加研磨/拋光的力度