金相腐蝕

金相樣品製備中的一道工序,有2種方法:化學腐蝕法和電解腐蝕法。化學腐蝕是將拋光好的樣品磨光面在化學腐蝕劑中腐蝕一定時間,從而顯示其試樣組織形貌。電解腐蝕所用設備與電解拋光相同,但工作電壓和工作電流比電解拋光時小。這時在試樣磨麵上一般不形成一層薄膜,由於各相之間和晶粒與晶界之間電位不同,在微弱電流作用下各相腐蝕程度不同,因而顯示出組織。適於抗腐蝕性強、難於用化學腐蝕法腐蝕的材料。侵蝕劑配方有很多種,往往都有針對性,要由所要侵蝕材料而定。手邊最好有一本手冊,可是專門的金相手冊,也可以是金屬材料手冊。

化學腐蝕,化學腐蝕,常用腐蝕劑,

化學腐蝕

純金屬及單相合金的腐蝕是一個化學溶解的過程。由於晶界上原子排列不規則,具有較高自由能,所以晶界易受腐蝕而呈凹溝,使組織顯示出來,在顯微鏡下可以看到多邊形的晶粒。若腐蝕較深,則由於各晶粒位向不同,不同的晶面溶解速率不同,腐蝕後的顯微平面與原磨麵的角度不同,在垂直光線照射下,反射進入物鏡的光線不同,可看到明暗不同的晶粒。
兩相合金的腐蝕主要是一個電化學腐蝕過程。兩個組成相具有不同的電極電位,在腐蝕劑中,形成極多微小的局部電池。具有較高負電位的一相成為陽極,被溶入電解液中而逐漸凹下去;具有較高正電位的另一相為陰極,保持原來的平面高度。因而在顯微鏡下可清楚地顯示出合金的兩相。圖為鎂-鋅合金與珠光體組織兩相腐蝕後的情況。多相合金的腐蝕,主要也是一個電化學的溶解過程。在腐蝕過程中腐蝕劑對各個相有不同程度的溶解。必須適用合適的腐蝕劑,如果一種腐蝕劑不能將全部組織顯示出來,就應採取兩種或更多的腐蝕劑依次腐蝕,使之逐漸顯示出各相組織,這種方法也叫選擇腐蝕法。另一種方法是薄膜染色法。此法是利用腐蝕劑與磨麵上各相發生化學反應,形成一層厚薄不均的膜(或反應沉澱物),在白光的照射下,由於光的干涉使各相呈現不同的色彩,從而達到辨認各相的目的。
化學腐蝕的方法是顯示金相組織最常用的方法。其操作方法是:將已拋光好的試樣用水沖洗乾淨或用酒精擦掉表面殘留的髒物,然後將試樣磨麵浸入腐蝕劑中或用竹夾子或木夾夾住棉花球沾取腐蝕劑在試樣磨麵上擦拭,拋光的磨麵即逐漸失去光澤;待試樣腐蝕合適後馬上用水沖洗乾淨,用濾紙吸乾或用吹風機吹乾試樣磨麵,即可放在顯微鏡下觀察。試樣腐蝕的深淺程度要根據試樣的材料,組織和顯微分析的目的來確定,同時還應與觀察者所需要的顯微鏡的放大率有關;高倍觀察時腐蝕稍淺一些,而低倍觀察則應腐蝕較深一些。

化學腐蝕

若試樣製備好後需要長期保存,則需要在腐蝕過的試樣觀察面上塗上一層極薄的保護膜,常用的有火棉膠或指甲油等。
三、常見化學侵蝕劑
成 分 工 作 條 件 用 途
硝酸 1~5mL ,酒精 100mL 幾秒--1min 碳鋼、合金鋼、鑄鐵
苦味酸 4g ,酒精 100mL 幾秒--幾分鐘 顯示細微組織
鹽酸 5mL ,苦味酸 1g ,酒精 100mL 幾秒--1min , 奧氏體晶粒,回火馬氏體
鹽酸 15mL ,酒精 100mL 幾分鐘 氧化法晶粒度
硫酸銅 4g ,鹽酸 20mL ,水 20mL 浸入法 不鏽鋼,氮化層
苦味酸 2g ,氫氧化鈉 25g ,水 100mL 煮沸 15min 滲碳體染色,鐵素體不染色
鹽酸 3 份,硝酸 1 份 靜置 24h 浸入法 奧氏體及鉻鎳合金
鹽酸 10mL ,硝酸 3mL ,酒精 100mL 2--10min 高速鋼
苦味酸 3~ 5g ,酒精 100mL 浸入法 10--20min 鋁合金
氫氟酸 2mL,鹽酸 3mL,硝酸 5mL,水 95mL 浸蝕法5~10分鐘 鋁材及鋁合金材料
鹽酸 10mL ,硝酸 10mL < 70 ℃ 銅合金
鹽酸 2~5mL ,酒精 100mL 幾秒--幾分鐘 巴氏合金
氯化鐵 5g ,鹽酸 50mL ,水 100mL 幾秒--幾分鐘 純銅、黃銅、青銅
鹽酸 2mL ,水 100mL 室溫 鎂合金
硝酸 10mL ,鹽酸 25mL ,水 200mL > 1min 鉛及鉛錫合金
30%雙氧水,20%氨水 1:1混合 5~6秒 銀及合金
最常用的侵蝕劑是4%的硝酸酒精,對於一般的鋼和很多有色金屬都可以,但也有很多材料需要專門的侵蝕劑,比如鎢就要乳酸和氫氟酸混配,或是鐵氰化鉀,許多耐蝕性好的材料要用苦味酸(易爆物品)。

常用腐蝕劑

序號
腐蝕劑名稱
成分ml(g)
腐蝕條件
適應範圍
1
硝酸酒精溶液
硝酸1—5
酒精100
室溫腐蝕數秒
碳鋼及低合金鋼,能清晰的顯示鐵素體晶界
2
苦味酸酒精溶液
苦味酸4
酒精100
室溫腐蝕數秒
碳鋼及低合金鋼,能清晰的顯示珠光體和碳化物

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