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金相試樣的制備技術(shù)難度較高

來(lái)源:英菲洛精密科技(蘇州)有限公司   2017年12月20日 11:26  

金相分析是控制金屬鍍層內(nèi)在質(zhì)量的重要手段。光學(xué)金相技術(shù)由于它具有觀察范圍大,、使用方便,、設(shè)備成本低等優(yōu)點(diǎn),因此在鍍層的分析中應(yīng)用廣泛。金相試樣的制備在相當(dāng)程度上是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)和技巧積累的過(guò)程,同時(shí),由于新鍍層和新技術(shù)的應(yīng)用,,對(duì)金相檢驗(yàn)方法也提出了進(jìn)一步的要求。

1.1 試樣的鑲嵌

金屬鍍層許多性能與基體存在很大差異,,因而鍍層金相試樣的制備技術(shù)難度較高,。試樣在制備時(shí),如果不附加*的保護(hù)措施,,便會(huì)在試樣表層產(chǎn)生“倒角”,,即試樣磨面的邊緣為一弧形,磨面和邊緣鍍層不呈平面狀態(tài),,在金相觀察分析及顯微拍照時(shí)難以對(duì)整個(gè)鍍層統(tǒng)一聚焦而產(chǎn)生模糊不清的組織,,導(dǎo)致觀察分析及顯微拍照工作無(wú)法進(jìn)行。金屬鍍層金相觀察分析的重點(diǎn)在于試樣表層,,采用合適的鑲嵌方法,,既能防止試樣邊緣“倒角”,又能得到尺寸適當(dāng)和外形規(guī)則的試樣,,以利于后續(xù)工序,。鑲嵌有如下幾種方法:

(1)機(jī)械夾持

機(jī)械夾持分為板形夾具和圓環(huán)形夾具夾持兩種,采用5mm×50mm×2mm兩塊鋼板或其它金屬材料,,每塊板料各鉆制二個(gè)對(duì)稱(chēng)的5mm~6mm的圓孔,,然后用5mm~6mm的螺釘固緊夾具和試樣,此種方法適用于有一個(gè)或多個(gè)具有平面金屬鍍層的試樣,。圓環(huán)形夾具可采用鋼管,、銅管和其它金屬管制成,圓環(huán)形狀的大小,,可根據(jù)被檢驗(yàn)試樣的大小而定,,一般采用外圓直徑為20mm~30mm、高度15mm-20mm,、壁厚4mm-8mm的管料,,然后在圓環(huán)上攻內(nèi)螺紋,,選用M6螺釘固緊試樣,,該夾具適用于圓弧形表面的試樣。夾具硬度與試樣的硬度差別應(yīng)很小,,否則,,試樣在磨拋時(shí)會(huì)在試樣與夾具之間造成臺(tái)階,,使夾具起不到保護(hù)試樣邊緣的作用。

(2)熱鑲嵌

對(duì)于金屬鍍層等細(xì)小或不規(guī)則外形的金相試樣,,磨拋時(shí)不易握持,,為防止邊緣倒角,就需要用粉末進(jìn)行熱鑲嵌,,常用材料有電玉粉和膠木粉,,鑲嵌時(shí)在壓模內(nèi)加熱至130℃-160℃,同時(shí)加壓到20Mpa~30MPa,,保溫8min~20min,。鑲嵌機(jī)體積小,操作方便,,溫度能自行控制,,可基本滿足需要。試樣的幾何尺寸實(shí)際上制約著樣品在手工機(jī)械磨光和拋光過(guò)程中的平衡控制,,如果在進(jìn)行磨光前鑲嵌階段多留意一下樣品zui終磨制時(shí)的高度,,會(huì)有效的提高工作效率;一般情況下,磨面越大,,試樣高度越低,,穩(wěn)定度就越大,越有利于對(duì)試樣的平衡控制,,鑲嵌試樣的直徑為22mm,,其高度應(yīng)控制在12mm~15mm。

(3)冷鑲嵌

冷鑲嵌適用于不能受熱和受壓的金屬鍍層試樣,,實(shí)踐證明效果好的是用環(huán)氧樹(shù)脂膠和胺類(lèi)化合物固化劑,,并能在室溫下固化。其用量應(yīng)適當(dāng),。常用的配方有環(huán)氧樹(shù)脂100g,、乙二胺8g,還有少量的添加劑,。鑲嵌時(shí),,首先將試樣磨面磨平,置于放有一薄紙的平板上,,外部套以適當(dāng)大小的套管,,按配方準(zhǔn)確稱(chēng)量,攪拌均勻成糊狀后澆注于套管內(nèi),,然后讓其凝固即成,,套管可用鋼管、銅管、鋁管和塑料管等,。

磨光的目的是得到平整的磨面,,這種磨面上還留有許多極細(xì)的磨痕,此痕在以后的拋光過(guò)程中消除,。與金屬材料的磨光不同,,磨制金屬鍍層的金相試樣時(shí)要特別注意使磨面垂直于表面鍍層,避免產(chǎn)生傾斜,,否則將會(huì)對(duì)表面鍍層厚度以及組織的顯示造成失真,,得出錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。另外還要避免磨制方向垂直于鍍層表面,,使二者呈45°角,,以免產(chǎn)生崩裂和倒角現(xiàn)象。手工磨制是在由粗到細(xì)的金相砂紙上進(jìn)行的,,金相砂紙的規(guī)格見(jiàn)表1,。一般試樣可在W40-W5金相砂紙之間由粗到細(xì)進(jìn)行磨制,當(dāng)砂紙?jiān)谠嚇幽ッ嫔狭粝碌膭澓鄯较蛞恢聲r(shí),,即可將試樣稍轉(zhuǎn)一定角度,,然后更換下一道砂紙,試樣應(yīng)順著一個(gè)方向磨制,,不可來(lái)回磨制,。

拋光是將試樣磨制產(chǎn)生的磨痕和變形層去掉,使其成為光滑鏡面的zui后一道工序,。機(jī)械拋光是在金相試樣拋光機(jī)上進(jìn)行,,試樣磨面應(yīng)均衡地輕壓在拋光盤(pán)上,同時(shí),,試樣沿徑向來(lái)回移動(dòng),,并作輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)。若長(zhǎng)時(shí)間的固定在一個(gè)位置和方向拋光,,不但使拋光織物局部磨損太快,,而且還容易產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。對(duì)于鎳鍍層中含有硬質(zhì)相碳化硅的試樣,,必須采用上述措施才能使碳化硅質(zhì)點(diǎn)有清晰的輪廓,,拋光時(shí)可用毛呢、絲絨和帆布作為拋光織物,,拋光粉有氧化鋁,、氧化鉻和氧化鎂粉等。

2.1 化學(xué)鍍鎳磷合金層

將鍍制的試樣用金相砂紙打磨和拋光,,經(jīng)過(guò)清洗,、吹干后,,在光學(xué)顯微鏡下觀察,橫截面的顯微組織特征是化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層均勻致密,,基本無(wú)孔隙和缺陷。因此,,化學(xué)鍍鎳磷合金能有效地防護(hù)基體合金,。另外,用金相顯微鏡對(duì)鍍層的形貌進(jìn)行觀察,,發(fā)現(xiàn)化學(xué)鍍Ni-P合金的沉積形態(tài)為明顯胞狀,,這是由于Ni原子和P原子的沉積是圍繞基體上形核中心進(jìn)行的,并以胞狀形式生長(zhǎng),,沉積速度不同,,胞狀顆粒的大小不同,這直接影響到鍍層的表面質(zhì)量,。

對(duì)試樣進(jìn)行金相觀察,,熱浸鍍鋅鋁合金層與基體結(jié)合良好,比較均勻,,組織細(xì)密;鍍鋅鋁的鋼件由外層鍍鋅鋁層和鐵鋅鋁的擴(kuò)散層兩部分組成,,鍍層與鋼基體之間的擴(kuò)散層為金屬間化合物層,該中間層使基體與鍍層之間成為冶金結(jié)合,,具有很強(qiáng)的結(jié)合力,。說(shuō)明在熱浸鍍過(guò)程中,當(dāng)鋅鋁液和鋼件接觸時(shí),,鋼基體與鋅鋁之間的相界面反應(yīng)在分界面上生成ZnAlFe相金屬間化合物,。

2.3復(fù)合鍍層

當(dāng)化學(xué)復(fù)合鍍工藝合理時(shí),在Ni-P-SiC復(fù)合鍍層的金相組織中,,SiC顆粒彌散分布均勻,,鍍層與基體結(jié)合良好,由于SiC鑲嵌在鍍層中,,起到了彌散強(qiáng)化的作用,,因此,復(fù)合鍍層的硬度和耐磨性增加,。鍍層中SiC顆粒的復(fù)合量隨鍍液中SiC顆粒含量的增大而增加,,通過(guò)控制鍍液中SiC顆粒的含量,可獲取不同微粒復(fù)合量的Ni-P-SiC復(fù)合鍍層,。采用光學(xué)顯微鏡對(duì)鍍層磨痕進(jìn)行形貌觀察,,結(jié)果表明,純Ni鍍層表面粗糙不平,,邊緣有少量磨屑,,中心部位呈嚴(yán)重黏著狀態(tài);而電刷鍍Cu/Ni納米復(fù)合多層鍍層的磨痕表面較為平整,中心區(qū)域出現(xiàn)少量黏著磨損的痕跡,。表面分析表明,,純Ni鍍層的磨損程度比Cu/Ni復(fù)合鍍層要嚴(yán)重的多,純Ni鍍層的磨痕表面有許多犁溝出現(xiàn),,其磨損機(jī)制為磨屑磨損,;而Cu/Ni多層膜的磨痕表面較為平整,呈現(xiàn)明顯的黏著疲勞磨損形貌;這是因?yàn)樵诙鄬幽づc鋼球?qū)δp的過(guò)程中,,軟金屬Cu層的對(duì)偶件表面轉(zhuǎn)移黏著,,形成轉(zhuǎn)移膜,使摩擦發(fā)生在鍍層與轉(zhuǎn)移膜之間,,形成黏著疲勞磨損,。

2.4 電鍍鉻層

在100-200倍的顯微鏡下觀察,電鍍鉻呈現(xiàn)互相聯(lián)通,、縱橫交叉的網(wǎng)狀裂紋,,這些裂紋不但能夠貯油、潤(rùn)滑,、減摩,,而且能提高鍍層硬度,微裂紋電鍍鉻工藝已在轎車(chē)減振器中應(yīng)用,,獲得良好效果,。但是,用金相顯微鏡觀察失效模具的表面,,發(fā)現(xiàn)鍍鉻層局部表面存在網(wǎng)狀裂紋,,形成的主裂縫沿著原始網(wǎng)狀裂紋而擴(kuò)展。這是因?yàn)殂t層具有很高的硬度而且很脆,。在模具受力的過(guò)程中,,由于局部的形變?cè)斐蓱?yīng)力集中的地方,是裂縫萌生源,。當(dāng)局部應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度時(shí),,導(dǎo)致鍍層上原有的網(wǎng)狀裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展開(kāi)裂成為裂縫,因此,,鍍鉻層表面存在的網(wǎng)狀裂紋是導(dǎo)致模具表面出現(xiàn)微裂縫的主要原因,。

3 結(jié)語(yǔ)

金屬鍍層的許多性能與金相組織有密切的,金相分析技術(shù)也是建立在對(duì)鍍層微觀組織認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,。隨著金屬鍍層應(yīng)用的日益廣泛和研究的深入,,鍍層的金相檢驗(yàn)方法越來(lái)越受到重視,在合金鍍層的發(fā)展中,,金相分析技術(shù)將在生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用,。

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