異種金屬層狀復(fù)合材料金相試樣制備技術(shù)

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1、異種金屬層狀復(fù)合材料金相試樣的制備技術(shù)異種金屬層狀復(fù)合材料金相試樣的制備技術(shù)周俊杰,龐玉華,蘇曉莉,翟克勇(西安建筑科技大學(xué),西安710055)摘要:通過對金屬層狀復(fù)合材料金相試樣制備經(jīng)驗的總結(jié),介紹了異種金屬層狀復(fù)合材料界面金相試樣制備過程中磨、拋光和侵蝕等關(guān)鍵操作,提出了在金相試樣制備過程中應(yīng)注意的事項和技術(shù)要點。實踐表明,提出的制備技術(shù)具有技術(shù)上的合理性和可操作性,可得到較滿意的樣品。關(guān)鍵詞:異種金屬;層狀復(fù)合材料;金相試樣;制備1引言異種金屬層狀復(fù)合材料是利用復(fù)合技術(shù)使兩種或兩種以上物理、化學(xué)和力學(xué)性能不同

2、的金屬在界面上實現(xiàn)牢固冶金結(jié)合而制備的一種新型材料。盡管各層金屬仍保持各自原有的特性,但其物理、化學(xué)和力學(xué)性能比單一金屬優(yōu)越很多,從而在要求抗磨損、抗腐蝕和抗沖擊等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。層狀金屬復(fù)合材料金相試樣的制備與純金屬金相試樣的制備方法有許多的不同之處,尤其在取樣、磨制、拋光和侵蝕時更有一些特殊的技巧和方法。只有采用正確的制備方法和合理的侵蝕工藝才能制作出高質(zhì)量的金相試樣。2層狀復(fù)合材料金相試樣制備技術(shù)要點金屬層狀復(fù)合材料試樣的制備分為取樣、粗磨、細(xì)磨、拋光和侵蝕5個步驟。但是層狀材料的物理和化學(xué)特性與純金屬

3、有很多的不同之處,因而其試樣制備的各個步驟有很多的技巧和方法。(1)取樣取樣部位和磨面選擇必須根據(jù)分析要求而定。一般而言,層狀復(fù)合材料主要需要檢測各金屬組元在結(jié)合面處的組織變化和綜合性能,因而取樣一般都包括組元結(jié)合面。需要注意的是,取樣時要著重保護各金屬組元結(jié)合面,避免過度受熱或過大的機械沖擊,以減輕因受熱或塑性變形引起復(fù)合材料的組織失真和結(jié)合失效現(xiàn)象。試樣截取的方法有多種,對于較軟材料為組份的復(fù)合材料可以用鋸、車或刨等方法,對于硬質(zhì)材料組份的復(fù)合材料可以用砂輪切片機或線切割機切割等方法。試樣的大小并無統(tǒng)一的規(guī)定,

4、從便于握持和磨制角度考慮,一般直徑或邊長為15～20mm,高為12～18mm比較適宜。對厚度比較小,不易握持的試樣可用圖1a的鑲嵌辦法。如果厚度太薄,可采用圖1b所示的鑲嵌方法。(a)(b)圖1金屬層狀復(fù)合材料試樣的鑲嵌1.試樣2.PVC管3.填料4.支撐物對于需要觀察噴涂層、噴焊層與基體結(jié)合處組織或界面情況的試樣,由于要觀察的組織位于試樣的邊緣,若直接磨削拋光,噴涂和噴焊的薄層極易被磨成圓角或被破壞。一般的做法是用低熔點合金或環(huán)氧樹脂進(jìn)行鑲嵌。但是由于鍍層的厚度很小,且試樣和填充物的硬度不同,在磨制過程中仍有鍍層

5、被破壞的情況。因此,在對此類試樣進(jìn)行取樣鑲嵌時就需要對被觀察薄層進(jìn)行保護。簡單的方法是,按照試樣鍍層觀察區(qū)的大小,截取相應(yīng)尺寸的薄鋼板(δ=1～2mm),將薄鋼板與試樣的接觸面磨平、拋光,然后在拋光面上涂適量的萬能膠,之后將其粘貼在試樣的鍍層上(見圖2),待硬化后就可以對試樣進(jìn)行細(xì)磨和拋光。若試樣太薄無法握持,可將保護好的試樣按圖1所示的方法進(jìn)行鑲嵌。由于保護鋼片與試樣之間的間隙小,結(jié)合牢固,所以試樣在磨制、拋光和侵蝕過程中,鍍層不會受到污染和損壞,使試樣制作更加簡便,提高了試樣的成品率。圖2層狀金屬噴涂薄層試樣的

6、保護1.試樣基層2.被觀察鍍層3.薄鋼板4.工作臺(2)磨削磨削又分為粗磨和細(xì)磨兩步。粗磨的目的主要是修整試樣,使試樣形狀規(guī)則,去除切割時產(chǎn)生的變形層。在不影響觀察的情況下,要將試樣的棱角磨去,防止在后續(xù)的磨制和拋光階段劃破砂紙和拋光織物。如果復(fù)合金屬組份的硬度都很高,粗磨時可以在砂輪機上進(jìn)行。需要注意的是,磨削會使試樣表面溫度驟然升高,只有不斷地對試樣浸水冷卻才能防止各組份結(jié)合面處的組織發(fā)生變化。如果層狀復(fù)合材料各組份硬度相差很大,如不銹鋼與鋁、鈦與銅和鋼與銅,此類層狀復(fù)合材料就要用銼刀進(jìn)行粗磨,以免用砂輪機粗磨

7、使試樣的較軟金屬組份過度磨損或者產(chǎn)生較深的磨痕和嚴(yán)重的塑性變形層。粗磨后的試樣磨面上仍有較粗較深的磨痕,為了消除這些磨痕,必須進(jìn)行細(xì)磨。細(xì)磨可以選用手工磨制或機械磨制。手工磨制時,金相砂紙依次由01號磨至05號(或06號)。在磨制時,手握試樣用力要均勻,使整個磨面都能磨到。試樣在同一張砂紙上磨痕方向要一致,并與前一道砂紙磨痕方向垂直。待前一道砂紙磨痕完全消失時才能更換用下一道砂紙。每次更換砂紙時,必須將試樣、玻璃板清理干凈,并把手沖洗干凈,防止將前一道砂紙上的粗砂粒帶到下一道砂紙上。磨制組份硬度相差較大的層狀復(fù)合材

8、料時,用力更要輕,同時要及時調(diào)整試樣的受力點,可以在硬度較高的材料一側(cè)施加較大的磨削力,要注意使磨削方向與組份方向垂直或成一定角度,避免磨削方向與組份方向平行(見圖3),否則極易造成較軟材料的過度磨損或在結(jié)合面形成斜面或臺階。圖3金屬層狀復(fù)合材料試樣的磨制示意圖因為金相砂紙所用的粘接劑易溶于水,所以用金相砂紙磨制試樣時不能加水。其不足之處在于干磨過程中,試樣