纯铜的光学的金相分析

------为什么会看出明亮、发暗的区域；为什么出现彩色

纯铜的金相样品制备、组织显示不算难，但是，高质量的抛光效果也不是容易获得的；不过，一般而言，宏观划痕以及蚀刻划痕倒是不影响显微组织的判断。

不过，和铁基合金的白亮金属质感相比，纯铜本身具有色彩；而色彩的出现，对于判定纯铜显微组织中的明亮（实际是明黄色）、灰暗（实际是感觉呈现褐色以及深褐色）交错分布的区域的图案的形成有些不确定。因为，铜合金较为常见的蚀刻剂是： FeCl₃·6H₂O∶HCl∶水 = 8~9 g∶50 ml∶100 ml（后面简称为：试剂1）。

可是，使用：三氧化铬、盐酸、硫代硫酸钠水溶液（20g，1.7ml，2g，100ml）试剂（后面简称为：试剂2）的彩色金相显示的效果中，很多区域也存在不同程度褐色的区域。那么试剂1、试剂2中的褐色区域的呈现原理是否一样呢？

现在终于可以有一个较为明晰的判断：试剂1的效果是使得不同区域对于垂直入射的光线存在不同的散射能力，其表面存在特定的、较为统一的某一种散射光线的角度。并不是干涉色的效果。

采用试剂2的样品中的很多的其他色彩，可以肯定是干涉色；但是，褐色是不是干涉色，需要研究。

孪晶界、孪晶带的出现，为准确判定不同的完整晶粒造成了困惑；因此，判定一个晶粒，在出现孪晶的条件下，不能简单、方便的得出，需要稍微费些心思、眼力，需要耐心、细心。

试剂1显示的金相组织，我们在明场、暗场下，观察相同的区域的话，也可以看到一个现象：明场下明亮和发暗的区域，到了暗场下，效果恰好相反。这就可以得出一个结论，试剂1所造成的样品表面的不同区域的明亮、发暗的区域，对应于对垂直入射光的散射较弱与较强的区域，而到了暗场条件下，我们观察到的结果就恰好相反。因为暗场也是一种斜照明，所以，基本结论应当等同于样品在体式显微镜下的效果。只是，暗场的斜射角度过大，能够观察到明显的晶粒明暗转换的区域比较体式显微镜下更少；同时，操作上，不如体式显微镜转动样品方便。当然，如果谁的显微镜是360度转动式载物台，那就方便了。可惜，我们的载物台只是X、Y两个垂直角度移动，中间载物片倒是可以转动，但是，难以保证光轴、机械轴的重合。结果，想观察的区域转着、转着，出视场了；实在不方便。

另外，对于入射光的散射的强弱，原来的想法是：取决于粗糙度。

现在看来，应当是取决于：表面的宏观、细微轮廓状态，不是粗糙度。

另外，暗的区域，不是散射（或，漫反射），而是在一定的入射光角度下，具有一个与样品表面法线存在特定角度的反射；从特定角度观察会呈现明亮，这从斜照明观察条件下可以看出（如果是漫反射，不会出现在样品转动情况下出现明、暗衬度的转换，会始终保持一个状况）。每个晶粒内部，基本保持一个步调。

漫反射，是投射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象。当一束平行的入射光线射到粗糙的表面时，表面会把光线向着四面八方反射，所以入射线虽然互相平行，由于各点的法线方向不一致，造成反射光线向不同的方向无规则地反射，这种反射称之为“漫反射”或“漫射”。这种反射的光称为漫射光。很多物体，如植物、墙壁、衣服等，其表面粗看起来似乎是平滑，但用放大镜仔细观察，就会看到其表面是凹凸不平的，所以本来是平行的太阳光被这些表面反射后，弥漫地射向不同方向[4]。

黄铜的蚀刻经验：

姚鸿年的《金相研究方法》中，在51页提到：例如黄铜，由于黄铜的晶界很薄，经过晶界浸蚀以后在显微镜下仍不能清楚地分辩黄铜的晶粒和晶粒内部的退火孪晶带，只有延长浸蚀时间，使晶粒受到浸蚀而凹洼，黄铜的晶粒及晶粒内部的退火孪晶带才能被清晰地黑白衬映所显示出来。

这里的叙述需要辩证的看。首先，黄铜需要较长时间的蚀刻看来是一个经验性的现象；之前，我个人没有给予必要的关注。一般采用的是擦拭，时间较短，效果不稳定。最近的结果看，滴注，5min以上是一个较好的选择。

其次，对于样品表面发生的蚀刻现象，在组织形貌呈现过程中的角色、地位以及现象的说法，持保留意见。我们要考虑蚀刻液中有效成分的扩散，也要考虑晶界位置在一个金相磨面上的面积比例（极其微小）；样品表面蚀刻过程中的微电池的阳极、阴极绝不仅仅是晶粒内部与晶界之间，因为，这两者的面积、体积比例根本不对称。

推测：大量的有效蚀刻剂成分主要消耗于每个晶粒内部的微电池反应过程中，作为薄弱部位-晶界，其位置发生更严重原子脱落的可能性，一般而言，并不比其他位置来的更加明显（虽然，发生原子脱落的几率更高）。

再其次，某一个光学效果的呈现，进而，实现这一效果的表面几何轮廓，一般，决不是仅有唯一的可能。所以，每一个独立的晶粒截面内部，在蚀刻的过程中，最终是否会出现一个与样品表面倾斜一定角度的原子密排面，可得另说。

因此，晶界位置出现明显沟槽的现象，并不是很容易见到。不过，从现象看，铜合金中出现晶界沟槽的几率远远大于工业纯铁（铁基合金）。晶粒内部在蚀刻过程中并没有出现一个完整的与样品表面倾斜一定角度的原子密排面，而是依旧维持与样品表面平行；但是，内部确实出现了更为微细的表面轮廓，这轮廓的出现，必然与材料的晶体结构密切相关。

[1]  http://www.xsdltj.cn/xsdltj_Article_147011.html 纯铜及铜合金分类及产品牌号表示方法

[2]  http://www.tjxsdl.com/tongzs.htm 铜分类及相关知识

[3]  http://wenku.baidu.com/view/f627ec4bcf84b9d528ea7a3a.html 国家标准铜及铜合金牌号表示方法(征求意见稿)

[4]  http://baike.baidu.com/view/43946.htm 漫反射

[5]  http://baike.baidu.com/view/43966.htm 镜面反射