异种金属层状复合材料金相试样制备技术

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1、异种金属层状复合材料金相试样的制备技术异种金属层状复合材料金相试样的制备技术周俊杰,庞玉华,苏晓莉,翟克勇(西安建筑科技大学,西安710055)摘要:通过对金属层状复合材料金相试样制备经验的总结,介绍了异种金属层状复合材料界面金相试样制备过程中磨、抛光和侵蚀等关键操作,提出了在金相试样制备过程中应注意的事项和技术要点。实践表明,提出的制备技术具有技术上的合理性和可操作性,可得到较满意的样品。关键词:异种金属;层状复合材料;金相试样;制备1引言异种金属层状复合材料是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学和力学性能不同

2、的金属在界面上实现牢固冶金结合而制备的一种新型材料。尽管各层金属仍保持各自原有的特性,但其物理、化学和力学性能比单一金属优越很多,从而在要求抗磨损、抗腐蚀和抗冲击等领域得到了广泛的应用。层状金属复合材料金相试样的制备与纯金属金相试样的制备方法有许多的不同之处,尤其在取样、磨制、抛光和侵蚀时更有一些特殊的技巧和方法。只有采用正确的制备方法和合理的侵蚀工艺才能制作出高质量的金相试样。2层状复合材料金相试样制备技术要点金属层状复合材料试样的制备分为取样、粗磨、细磨、抛光和侵蚀5个步骤。但是层状材料的物理和化学特性与纯金属

3、有很多的不同之处,因而其试样制备的各个步骤有很多的技巧和方法。(1)取样取样部位和磨面选择必须根据分析要求而定。一般而言,层状复合材料主要需要检测各金属组元在结合面处的组织变化和综合性能,因而取样一般都包括组元结合面。需要注意的是,取样时要着重保护各金属组元结合面,避免过度受热或过大的机械冲击,以减轻因受热或塑性变形引起复合材料的组织失真和结合失效现象。试样截取的方法有多种,对于较软材料为组份的复合材料可以用锯、车或刨等方法,对于硬质材料组份的复合材料可以用砂轮切片机或线切割机切割等方法。试样的大小并无统一的规定,

4、从便于握持和磨制角度考虑,一般直径或边长为15～20mm,高为12～18mm比较适宜。对厚度比较小,不易握持的试样可用图1a的镶嵌办法。如果厚度太薄,可采用图1b所示的镶嵌方法。(a)(b)图1金属层状复合材料试样的镶嵌1.试样2.PVC管3.填料4.支撑物对于需要观察喷涂层、喷焊层与基体结合处组织或界面情况的试样,由于要观察的组织位于试样的边缘,若直接磨削抛光,喷涂和喷焊的薄层极易被磨成圆角或被破坏。一般的做法是用低熔点合金或环氧树脂进行镶嵌。但是由于镀层的厚度很小,且试样和填充物的硬度不同,在磨制过程中仍有镀层

5、被破坏的情况。因此,在对此类试样进行取样镶嵌时就需要对被观察薄层进行保护。简单的方法是,按照试样镀层观察区的大小,截取相应尺寸的薄钢板(δ=1～2mm),将薄钢板与试样的接触面磨平、抛光,然后在抛光面上涂适量的万能胶,之后将其粘贴在试样的镀层上(见图2),待硬化后就可以对试样进行细磨和抛光。若试样太薄无法握持,可将保护好的试样按图1所示的方法进行镶嵌。由于保护钢片与试样之间的间隙小,结合牢固,所以试样在磨制、抛光和侵蚀过程中,镀层不会受到污染和损坏,使试样制作更加简便,提高了试样的成品率。图2层状金属喷涂薄层试样的

6、保护1.试样基层2.被观察镀层3.薄钢板4.工作台(2)磨削磨削又分为粗磨和细磨两步。粗磨的目的主要是修整试样,使试样形状规则,去除切割时产生的变形层。在不影响观察的情况下,要将试样的棱角磨去,防止在后续的磨制和抛光阶段划破砂纸和抛光织物。如果复合金属组份的硬度都很高,粗磨时可以在砂轮机上进行。需要注意的是,磨削会使试样表面温度骤然升高,只有不断地对试样浸水冷却才能防止各组份结合面处的组织发生变化。如果层状复合材料各组份硬度相差很大,如不锈钢与铝、钛与铜和钢与铜,此类层状复合材料就要用锉刀进行粗磨,以免用砂轮机粗磨

7、使试样的较软金属组份过度磨损或者产生较深的磨痕和严重的塑性变形层。粗磨后的试样磨面上仍有较粗较深的磨痕,为了消除这些磨痕,必须进行细磨。细磨可以选用手工磨制或机械磨制。手工磨制时,金相砂纸依次由01号磨至05号(或06号)。在磨制时,手握试样用力要均匀,使整个磨面都能磨到。试样在同一张砂纸上磨痕方向要一致,并与前一道砂纸磨痕方向垂直。待前一道砂纸磨痕完全消失时才能更换用下一道砂纸。每次更换砂纸时,必须将试样、玻璃板清理干净,并把手冲洗干净,防止将前一道砂纸上的粗砂粒带到下一道砂纸上。磨制组份硬度相差较大的层状复合材

8、料时,用力更要轻,同时要及时调整试样的受力点,可以在硬度较高的材料一侧施加较大的磨削力,要注意使磨削方向与组份方向垂直或成一定角度,避免磨削方向与组份方向平行(见图3),否则极易造成较软材料的过度磨损或在结合面形成斜面或台阶。图3金属层状复合材料试样的磨制示意图因为金相砂纸所用的粘接剂易溶于水,所以用金相砂纸磨制试样时不能加水。其不足之处在于干磨过程中,试样