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金相試樣電解機械複合拋光工藝 日期:2016.11.18

要:P22型金相試樣拋光機上,對五種不同類型的金相試樣通過正交試驗法進行的電解機械複合拋光工藝試驗的過程及結果,試驗表明,該工藝具有對材料的適應性廣,試樣拋光效率高及質量好的優點。

關鍵詞:金相試樣;複合拋光;正交試驗

金相試樣的製備是金相分析工作中一項必不可少的準備正序,且是一項繁瑣而細致的工作,試樣製備質量的高低主要與製備過程中的磨光及拋光工序有關,在保證磨光質量的前提下,拋光則成為試樣製備成敗的關鍵。常用的拋光方法有:機械拋光、電解拋光及化學拋光,它們各有利弊,因而各有不同的適用範圍。

機械拋光由於具有對各種金屬材料適應性強的優點而成為使用最普遍的一種方法,但它的拋光效率低且對操作人員的技術素質要求較高,對不同的材料有不同的操作規範,如操作欠佳則全千萬一些拋光缺陷而影響製樣效率及質量。

電解拋光是在電解池中通過試樣的陽極溶解而達到磨麵平整的目的,因而不會產生變形層,其效率高、重視性好、適合於批量操作。但是,由於存在組織邊緣首先磨耗、不能滿足組織邊繃高清晰度的要求;隻能磨平粗糙處,而不能磨平大麵積的不平整處;拋光麵上附著一層覆蓋層而影響組織顯示的清晰度;不能用於粗晶粒材料等不足,而使其使用範圍受到限製。

為了克服某種拋光方法的不足,提高製樣的質量,可在兩種不同的拋光裝置上采用機械與電解兩種拋光方法交替進行,以彌補各自的不足。但是,此種操作過於繁瑣而影響製樣的效率。我們采用電解、機械拋光同時進行的複合拋光方法,集兩種方法的優點來提高金相試樣製備的質量和效率。本文自行改裝的P-2型金相試樣拋光機對五種不同材料進行工藝試驗。

試驗過程

1.

P-2型金相試樣拋光機,在該機上增設直流穩壓電源作為電解電源、陽極導電板、與拋盤接觸的筆型石墨作陰極電刷,電解液送器等,其改裝結構示意圖如圖1所示。

2.

取五種具有典型意義的金屬材料(見表1所示),經切割、砂紙打磨製成510×20mm試樣以備試驗。

 

 

:電解液成分、濃度及溫度;電流密度;磨料種類;粒度及濃度;拋光織物種類、厚度及彈性;拋盤轉速;施加在試樣上的壓力;拋磨時間等。為了簡化試驗,將其中一些因素固定,這些因素為:

1)試樣均經400號砂紙預磨;

2)W015

3)NaNO3溶液;

4)試驗溫度為室溫。

然後對影響試樣拋光質量的四個主要因素:電解液濃度、電流密度、拋光織物種類、拋磨時間采用正交法優選,以找出最佳工藝參數,試驗考核指標為拋磨後試樣表麵的粗糙度,用視檢法配合顯微鏡檢查,每種工藝各加工三個試樣,結果取它們的平均值(見表2)

試驗結果

經正交試驗得到各類材料較為理想的工藝方案,分析各因素產生的極差,發現電流密度和拋光時間是兩個最為關鍵的工藝參數,為此把上述理想工藝中的電解液濃度和拋光織物兩個因素固定,對另兩個關鍵參數則縮小水平差距,進一步進行試驗,得到各類材料電解機械複合拋光的最佳工藝參數如表3

1.試樣作為陽極,拋盤為陰極,通過充滿電解液的拋光織物構成一直流回路,產生電解作用,在試樣磨麵迅速形成電解陽極鈍化膜,該膜瞬時即被帶有磨料的拋光織物去除。而且由於拋光過程中試樣表麵凸起部分與拋盤間的間隙小,電流密度大而使電解作用顯著大於凹下部分,能產生較厚的鈍化膜,而鈍化膜即被拋光織物去除,經反複將試樣上新的凸起點去除,試樣即被整平。

 

 

1

2.

T12鋼淬火低溫回火態這類硬度較高的金屬材料,采用純機械拋光,一般需5min以上,還需要遵守一定的操作規範。如低速慢拋以防發熱而使組織物發生變化等。否則,不易得到高質量的磨麵,而且拋光織物的磨損嚴重,使用壽命很低、磨料的消耗也很大;如用純電解拋光也需35min[1]12s,試樣磨麵即無劃道、凹痕,完全達到光亮鏡麵效果,經常規方法浸蝕後,極細回火馬氏體+粒狀二次滲碳體組織顯示清晰。

1Cr18Ni9Ti奧氏體不鏽鋼和軟基體材料,易產生形變強化,純機械拋光製樣比較困難、費時。影響製樣質量的因素較多,難以得到理想的效果,組織中常常會出現大量由於拋光變形效應而出現的剪切帶及馬氏體針。由於其具有單相組織,是一種適合電解拋光的材料,但需拋光26min15s即可達到較高製樣要求,經浸蝕後單相奧氏體晶粒位向及孿晶顯示清晰。

對於20鋼等低碳鋼及純鐵材料,為顯示其組織中的鐵素體晶界,常需多次拋光,浸蝕反複交替進行,才能達到要求,采用電解拋光也需57min15s拋磨,即可在浸蝕後清晰顯示網狀鐵素體晶界。

對於銅、鋁這些較軟的有色金屬材料,拋光操作難度大於一般鋼鐵材料,表麵極易產生薄的變形層,且磨料易嵌入試樣表麵,為改善製樣質量需采取一係列的措施,或利用它們優良的導電能力采用電解拋光法,但對H62黃銅也需515min510s即可獲得如鏡麵似的光亮表麵。

鑄鋁的基體特點是基體較脆,極易剝落,製樣時必須保證較軟的基體上無劃痕,同時又要保證矽相不脫落,機械拋光時必須恰到好處,用電解拋光也需46min且矽相易剝落,用複合拋光工藝僅需20s一次拋光即可。

3.

對於不鏽鋼、低碳鋼、有色金屬等一些軟基體的材料,為了防止磨料在試樣表麵產生二次劃痕或嵌入試樣表麵及產生變形層等,同機械拋光類似,應采取一些改善措施,如:減少施加在試樣上的拋磨壓力;靠近拋盤中心操作以減少拋線速度,最好選用拋盤轉速可調的拋光機,盡量在低速下拋磨;在拋磨前試樣的準備上盡可能細磨,以提高電流密度,縮短拋磨時間;拋磨末期,為徹底清除磨麵的鈍化膜,應停電用純機械拋光25s

結 論

1.試驗結果表明,金相試樣電解機械複合拋光工藝兼有電解及機械拋光的優點,克服了它們單獨使用時的不足,因而是可行的,而且適合各種不同類型的單相及多相金屬及合金,特別適用於軟的、用機械拋光製樣困難的低碳鋼、不鏽鋼、有色金屬等。

2.由於電解的作用,新鮮的金屬表麵極易生成純化膜而該膜很軟,很容易被去除,所以可使拋磨效率大大提高,初步比較,單個試樣可比純機械拋光提高106倍以上,對於批量較大的工廠金相檢驗工作具有重大的實際意義。

3.複合拋光工藝可使加在試樣上的拋磨壓力大大減少,拋磨溫度也很低,可大大減少試樣出現塑性變形等拋光缺陷的可能性,從而提高試樣的拋磨質量,對提高金相分析的準確性極有利。

4.複合拋光是一種很有前途的、高效優質的工藝,可以預期,經進一步完善工藝試驗,並在此基礎上研製出專門的設備後,該工藝可在實際生產中廣泛地推廣應用。

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