金相分析介紹

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)有色合金彩色金相技術(shù)的研究與應(yīng)用朱錦艷 王鳳花(太原重型機(jī)械集團(tuán)公司，太原)摘 要：本文應(yīng)用化學(xué)沉積著色法對(duì)銅、鋁合金及雙金屬焊接接頭的顯微組織進(jìn)行了上千次的著色試驗(yàn)。結(jié)果表明：彩色金相能夠清晰地顯示一般金相方法看不到的組織細(xì)節(jié)和特殊的相，其色彩鮮艷、分辯率高，給人們提供了很有意義的信息。同時(shí)還系統(tǒng)地介紹了化學(xué)沉積試劑的應(yīng)用方法和試驗(yàn)操作技巧。關(guān)鍵詞：金相技術(shù)；著色；襯度；組織鑒別O 引言 光學(xué)金相技術(shù)對(duì)揭示合金內(nèi)部組織的奧秘起了十分重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，

2、普遍的金相方法限于其反著能力，已滿足不了人類對(duì)金屬材料微觀世界的進(jìn)一步探討。由于電子金相技術(shù)的蓬勃興起，使材料的研究進(jìn)入一個(gè)新領(lǐng)域作為基礎(chǔ)的光學(xué)金相技術(shù)依然是解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題所不可缺少的重要手段。人們?yōu)榱颂岣吖鈱W(xué)金相的測(cè)試水平，必須從提高組織中各相間襯度入手，由此發(fā)展了一種嶄新的顯示方法彩色金相。基于人眼對(duì)彩色差異的特殊敏感，利用彩色襯度來(lái)區(qū)分合金組織更為準(zhǔn)確可靠，彩色金相已成為光學(xué)金相發(fā)展的方向。本文應(yīng)用彩色金相的原理和方法對(duì)鋁、銅合金等有色金屬的顯微組織進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和探討工作，積累了較豐富的實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，并研制出一冊(cè)有色合金彩色金相圖譜。1 彩色金相原理及方法 彩色金相主要是通過(guò)

3、物理或化學(xué)的方法，使試樣表面形成一層干涉膜，利用光的薄膜干涉效應(yīng)，使合金的顯微組織產(chǎn)生鮮明的彩色襯度，以此來(lái)提高光學(xué)金相的鑒別能力。彩色金相顯示合金組織的方法主要從兩方面著手：一是改變樣品表面狀況的彩色侵蝕著色法、化學(xué)沉積著色法、熱染法和真空蒸鍍法等；二是不改變樣品表面狀況的純光學(xué)方法，有偏光干涉法和分色法等，這些方法各有特點(diǎn)和局限性。本試驗(yàn)基于有色合金的特點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)條件，主要選用化學(xué)沉積干涉膜著色法。 化學(xué)沉積著色的機(jī)理是，根據(jù)電化學(xué)原理，金屬試樣浸入到化學(xué)沉積試劑中時(shí)，必然會(huì)發(fā)生一系列的電化學(xué)過(guò)程，試樣表面上的各區(qū)域按它們各自的穩(wěn)定電位與試樣綜合穩(wěn)定電位之差值，分為不同的陰極區(qū)域和陽(yáng)極區(qū)域。

4、如果選用了合適的試劑，則該試劑有能力，使不同區(qū)域上沉積不同厚度的干涉膜。不同的合金相其化學(xué)常數(shù)不同或膜的厚度不同，利用多重反射與薄膜干涉效應(yīng)，使各相之間或位向與成份不同的晶體之間產(chǎn)生不同的干涉色，從而產(chǎn)生彩色圖象，以達(dá)到辯認(rèn)組織的目的。2 試驗(yàn)結(jié)果與操作技術(shù)2.1 鋁合金2.1.1 鑄鋁合金，使用含有鉻酸釬、硫酸等配成的試劑于室溫下浸蝕約1060秒，肉眼觀察試樣表面有彩色，顯微鏡觀察組織中各相分明、色彩豐富為止(可邊觀察、邊試驗(yàn)，反復(fù)進(jìn)行，直到滿意)。染色后組織中+Si二相共晶體呈蘭紫色，清晰地顯襯出白色初晶。在黑白照片中同樣為灰色的針狀共晶Si和針桿狀的T2(Al2Fe2Si2)相，著色后，

5、共晶Si呈蘭紫色，而T2相呈棕黃色，極易區(qū)分。2.1.2 變形鋁合金，使用馬氏試劑于室溫下浸入約520秒，當(dāng)試樣表面變灰并出現(xiàn)彩色為止。此試劑染色后的組織，不僅色彩艷麗，而且各相著成各種不同的顏色，對(duì)比度大，易于區(qū)分。馬氏試劑是復(fù)雜鋁合金較為理想的染色試劑，但使用時(shí)需把握好時(shí)間，方能得到滿意效果。22 銅及銅合金2.2.1 特紫銅，先在10%過(guò)硫酸銨溶液中預(yù)侵蝕，再于室溫下浸入硫代硫酸鈉等配制的著色劑中，試樣表面顏色即由黃色、紅色、紫色、蘭色、銀白色逐次變化，當(dāng)出現(xiàn)紅紫色可得到最佳效果著色后組織中樹枝狀偏析的a固溶體呈各色彩，各晶粒由于成分之差、位向不同著成不同色彩2.2.2 黃銅，使用與特紫

6、銅相同的著色劑，方法同前對(duì)于較為復(fù)雜的黃銅，其黑白照片中灰度反差不大的相與a固溶體很難區(qū)分，而著色后，基體相呈現(xiàn)蘭色和淺蘭色，而沿晶網(wǎng)絡(luò)狀及晶內(nèi)針塊狀的固溶體為桔紅色，F(xiàn)e相為白色，使組織一目了然，大大提高了光學(xué)金相的鑒別能力2.2.3 青銅，使用上述的著色劑，方法同前錫青銅在鑄態(tài)下a固溶體常呈樹枝狀偏析，染色后隨含錫量的變化，呈各種不同的色彩，有黃色、粉色、紫色、蘭色等，鮮明地顯襯出分布于枝間淺色的角塊狀+共析體，F(xiàn)e相為白色小顆粒，Pb相呈黑色，組織中各相清晰可辨銅及銅合金使用上述沉積著色試劑染色后，不僅組織清晰，色彩鮮艷，而且可使不同的相和未溶質(zhì)點(diǎn)呈各種色彩，并顯示出基底的芯型偏析、顯微

7、區(qū)域中的成份偏析、晶粒位向等，提供了更加豐富的顯微組織及其很有意義的信息所以說(shuō)該試劑是銅及銅合金的理想染色劑。試劑使用過(guò)程中與時(shí)間和溫度密切相關(guān)。 (1)此試劑按照成分配比可配制一種乳白色的溶液。需在半小時(shí)左右以內(nèi)使用，最多只能用半天，時(shí)間稍久，由于溶液中硫化鉛的沉淀，而變成灰色后就不能使用了。 (2)此試劑在使用時(shí)，對(duì)溫度較敏感溫度太高，反應(yīng)過(guò)快，組織細(xì)節(jié)不易顯示，且染色容易過(guò)度。而溫度太低，不易著色，甚至不著色正確掌握好室溫和時(shí)間可以說(shuō)是試驗(yàn)成功的必要條件之一。2.3 銅上堆銅 銅上堆銅是一種新型焊接工藝，尚處于試驗(yàn)開發(fā)階段，由于焊接后顯微組織情況復(fù)雜，又無(wú)參考資料，普通浸蝕劑顯得無(wú)能為力

8、特用彩色金相方法予以嘗試。 母材為ZQSn6-6-3青銅合金，為了保證質(zhì)量，使用青銅和黃銅兩種焊絲同時(shí)進(jìn)行堆焊，分析焊縫的綜合情況及焊縫與母材的熔合情況使用硫代硫酸鈉、乙酸鉛等配制的沉積試劑，焊縫組織圖中上下形態(tài)不同，下部有明顯的樹枝狀偏析者為青銅焊絲組織+(+)共析體；而上部+是黃銅焊絲組織中間為兩種焊絲的共同熔合處，可清晰地分辯出其組織為+(+)+ ，由此可知兩種焊絲堆焊后，青銅焊絲和黃銅焊絲部分相互熔合，部分仍保持原來(lái)組織狀態(tài)，它們與母材沒(méi)有明顯過(guò)渡區(qū)，焊合情況良好顯然彩色金相又是顯示復(fù)雜的復(fù)合材料的有效方法。3 討論和應(yīng)用 由于黑白金相是依靠化學(xué)試劑蝕刻合金表面以造成浮凸，利用反射光的

9、強(qiáng)弱不同所引起的黑白襯度來(lái)區(qū)分組織或相，它所能提供的信息是有限的而彩色金相是根據(jù)合金相不同的物理性質(zhì)，利用薄膜干涉效應(yīng)，使金屬或合金的組織顯示成不同的顏色，即產(chǎn)生彩色襯度，有效地提高了鑒別組織能力，彩色金相與黑白金相相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，不僅色彩鮮艷，給人以美的享受，更重要的是其具有更高的鑒別能力，能夠提供來(lái)自試樣的更加豐富的有意義的信息其中，化學(xué)沉積著色法是一種比較可靠、容易掌握、速度快、耗費(fèi)少、不需要任何特殊設(shè)備的一種最有效的顯示方法，在一般金相試驗(yàn)室中可以廣泛應(yīng)用。3.1 應(yīng)用范圍 根據(jù)化學(xué)沉積著色技術(shù)的特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用情況，認(rèn)為其具有下述幾方面的實(shí)際價(jià)值和應(yīng)用領(lǐng)域。3.1.1 相鑒別 相鑒別

10、是化學(xué)沉積著色法的主要應(yīng)用領(lǐng)域由于其具有襯度大、靈敏度高及準(zhǔn)確等特點(diǎn)，將在各種合金組織中相的鑒別方面發(fā)揮更大作用。3.1.2 晶粒位向的顯示 不同位向的晶面，進(jìn)行蝕刻沉積時(shí)，所形成的沉積膜的厚度不同，加之膜下基底不同的傾斜面，可使不同位向晶粒呈現(xiàn)不同干涉色利用化學(xué)沉積著色法可以簡(jiǎn)單迅速地測(cè)出不同位向晶粒的分布情況。3.1.3 成份偏析的顯示 化學(xué)沉積著色法可使化學(xué)成份不均勻引起的組織結(jié)構(gòu)不均勻分布。著成不同色彩；也可通過(guò)合金元素偏析造成的色彩不均勻來(lái)直接顯示該元素的分布等。3.1.4 顯示組織細(xì)節(jié) 高度靈敏的化學(xué)沉積著色法的應(yīng)用，往往會(huì)呈現(xiàn)一些常規(guī)金相中未能發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象和組織細(xì)節(jié)。 可見彩色金相技術(shù)是光學(xué)金相技術(shù)的重大創(chuàng)新，為傳統(tǒng)的光學(xué)金相技術(shù)的發(fā)展展現(xiàn)了廣闊的前景。3.2 操作要點(diǎn) 根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際應(yīng)用操作時(shí)，還應(yīng)注意如下事項(xiàng)，以期得到滿意的效果。 (1)首先，要制備好金相試樣，并根據(jù)需要選擇合適的著色劑配制時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按順序，前一種藥品全部溶解后，才能放入后一種藥品，以免發(fā)生其他反應(yīng)使溶液失效。 (2)鋁、銅等合金在試樣制備過(guò)程中會(huì)造成一層氧化膜，對(duì)陽(yáng)極起保護(hù)作用，因此大都要求在蝕刻前先預(yù)蝕。 (3)試樣浸入溶液時(shí)不宜攪拌，以免造成人為的不均勻著色，影響正常的判別。 (4)試樣成膜后，要水洗充分，并用熱風(fēng)吹干在彩色金相中水斑可能會(huì)與正常的色彩變化相混。