有色金属材料金相试样的制备

一般习惯把钢铁及锰以外的金属材料称有色金属材料或非铁金属材料。这些材料包括的种类繁多，性能差异很大。有极活泼的金属钠等，有极软的金属!"等，有极脆的材料锑锗等，有放射性材料铀等，也有常温为液体的汞金属。对这些材料，按常规方法制备金相试样是很困难的，有的甚至于是不可能的。现在一一来介绍也没有必要。但是遇到要制备这些特殊金属及其合金的试样时，应如何下手，通常作法是：首先查出它们在周期表中的位置及其性能以及它们的合金相的特点；然后按照我们所掌握的金相制样的基本知识；参考已知相似的金属材料，设计该材料的制样过程和特殊设备，进行试验。这样就能逐步有效地解决问题。

下面就工业上广泛应用的有色金属材料，金相样品制备上又有其特点者，简要介绍如下。

1铜及其合金

从成分和组织上把这类金属材料分成三组：（1）纯铜或含少量合金元素的铜合金；（2）含合金元素较高的但是在!固溶体的极限范围内，特别是含合金元素达极限浓度的合金，例如!黄铜；（3）含合金元素更高的合金，如β两相合金，α+β相合金以及多相的复杂合金。这三组金属材料中，第一与第二两组归纳为一类，它们的特点是单相而且比较软而韧（HV大约在25到70之间）。可以按常规的方法制备金相样品，但在磨光和抛光时，磨料残留物易卷入试样表面，而且易形成形变扰动层，制样时应予以重视。最后用浸蚀和抛光交替的操作或用化学机械复合抛光法可以得到好的结果。

第三组的铜合金硬度高，制样可按常规方法进行。

2铝及其合金

这一类材料可分成三组（1）高纯铝及含有微量合金元素的铝合金，这组材料是软的，特别是退火状态下；（2）含合金元素量较高，在热处理条件下使用，硬度较高，即使在退火状态下，也具有中等的硬度；（3）含合金元素高，包含有较大体积分数的金属间化合物。第一组材料，金相试样较难制备，在磨光和抛光时，磨料碎片易卷入试样表面，表面易形成形变扰动层。根据经验按下列顺序操作，可以得到好的结果。

（1）SiC砂纸湿磨到粒度600号或者砂纸涂蜡干磨到粒度600号。

（2）用金刚石研磨膏在短毛细软呢绒上抛光。

（3）用120毫升热蒸馏水，20毫升5%酒石酸铵水溶液加1克MgO制成悬浮液抛光1-5分钟。悬浮液在使用前应该用呢龙或细密的棉纱布过滤。含铜的试样与不含铜的试样不应该在同一抛光织物上抛光，以免发生黑色沉淀。

用电解抛光或化学抛光时，试样最好先用7um的金刚石研磨膏粗抛光。浸蚀振动抛光能得到最好的结果。中等硬度的铝合金，相对来说金相试样较易制备，应用常规的制备方法，小心地操作，会得到满意的结果。含有比较多的金属间化合物的铝合金，多半是铸造铝合金。制备这类试样时，主要保证不出现严重的浮雕现象。

3锌及其合金

锌、镉稍有变形即产生形变孪晶，所以切割，磨光以及抛光过程必须给予充分的注意。切割试样时表面层较薄的部分形成形变孪晶，为了消除这一层组织的变化，切割试样的表面锌、镉稍有变形即产生形变孪晶，所以切割，磨光以及抛光过程必须给予充分的注意。切割试样时表面层较薄的部分形成形变孪晶，为了消除这一层组织的变化，切割试样的表面至少要去掉1.5mm的一层。同时也应防止过热。高纯度的锌到商业用的锌，标准的再结晶温度从室温到100℃之间。要用铸造塑料冷镶。

制备锌试样要得到好的结果，可按下列几点操作去做。

（1）切割好的试样，在SiC砂纸上湿磨到粒度600号或者砂纸上涂蜡干磨到粒度600号要保证磨去的量有足够的厚度。如果试样是用显微切片机（精细的金刚石或渗碳体刀片）切取的，则可直接进行抛光。

（2）在短毛细软的呢绒上用金刚石研磨膏或氧化铝糊浆抛光。

（3）用120ml温蒸馏水，20ml15%酒石酸铵水溶液和1克MgO微粉制成的溶液最后抛光，使用前此溶液用呢龙或细密的棉纱布过滤。

（4）为了消除磨光带来的变形扰动层，可以进行预抛光，在软呢绒上用氧化铝糊浆加肥皂液抛光。也可以应用浸蚀—机械抛光交替进行的操作。所用的浸蚀剂是蒸馏水100ml，CrO₃20g和Na₂SO₄1.5g的溶液。浸蚀3.5分钟，7um金刚石研磨膏机械抛光4分钟；浸蚀1.5分钟，3um金刚石研磨抛光6分钟；浸蚀30秒，1um金刚石研磨膏抛光8分钟；浸蚀10秒，0.25um金刚石研磨膏抛光10分钟；浸蚀5秒，用0.05um氧化铝最后抛光，这样能得到无变形扰动层的高质量的抛光面。镀锌板抛光时，抛光液的pH值应控制在7，把电化学影响减小到最低，不使镀层污染和浸蚀。

最普遍应用的锌基合金是铸模用的锌铝合金，试样一般容易制备，制备过程出现的缺陷较少。

4铅锡及其合金

这是一类很软的材料，硬度极低（HV<10），熔点很低。主要包括铅（HV=4）、锡（HV=6）及其含微量元素的合金。这些材料在制备金相试样过程中，很容易出现下列缺陷：

（1）车削和研磨时，产生深的变形扰动层。当温度超过室温时，由于形变会出现再结晶，合金也会出现沉淀。这样就使组织改变。

（2）磨光和抛光时，磨料碎片极易嵌入磨面。

（3）由于极软，单纯用机械抛光要得到无形变扰动层、无划痕的抛光面是比较困难的。针对上述情况，制备试样时应注意变形和冷却。用铸造塑料冷镶。磨光时在SiC砂纸上涂以蜡，用力要轻，磨光到粒度600号。粗抛光时用金刚石研磨膏或氧化铝糊浆。细抛光时对于硬度小于HV<5的铅来说，不宜用MgO微粉而需要氧化铝微粉。用MgO抛光，表面上出现成串的球状刻痕。抛光过程表面出现晦暗的情况下，宜用每公升蒸馏水加1g醋酸铵的水溶液，在细软呢绒上低速抛光。抛光后用蒸馏水拭洗。用自来水拭洗有时产生暗黑色表面。

这样软的金属，有用人造软羊羔皮织物，专利硅胶溶液（SYTOHHT-40）振动抛光得到最好的结果。锡及其合金金相试样的制备，相对铅来说比较容易。用前述第一组铝合金的制备法可以得满意的结果。铅锡金属材料，如果用显微切片机（用精细锋锐金刚石或渗碳体刀片）截取的试样，可以直接进行抛光。甚至于可以直接浸蚀后即进行观察。