不锈钢试样的侵蚀较之于磨制的难度更大，因其耐蚀性好，显示基体的晶界比较困难；特别是奥氏体不锈钢、超低碳不锈钢等常难以显示完整的晶界。另外，不锈钢的组织类型很多，除了不同的基体相外，还常出现δ铁素体，少量的碳化物，σ相及金属间化合物，他们对钢的性能有重要的影响^[1]。因此，针对不同牌号的不锈钢，必须选择合适的侵蚀剂侵蚀。在众多侵蚀剂中，我们习惯采用三氯化铁盐酸水溶液试剂进行不锈钢的侵蚀，针对1Cr18Ni9Ti等不锈钢，效果不错。工作中，虽然有采用三氯化铁盐酸水溶液试剂进行不锈钢侵蚀的范例^[2，3]，但也有对于这一试剂比较抵触^[4]的。在一些常见的涉及不锈钢侵蚀剂的资料中，也存在推荐 ^[5~7]或者忽略^[1]的现象。确实，采用三氯化铁盐酸水溶液试剂进行不锈钢的侵蚀要想获得比较好的效果，在配置、使用时需要注意一些细节；特别是结晶水、门槛浓度的问题。

1  事情的起因

我们最初关注结晶水的影响，起因于一件特殊的事情。一次，需要使用三氯化铁盐酸水溶液试剂，却临时用完，且由于缺少盐酸无法配置。随意翻检，找到一个很陈旧的瓶子，标签是三氯化铁盐酸水溶液试剂。只是余量很少，且颜色极深，近似于酱油一样。一试，效果绝佳。由于余量很少，为了暂时有试剂可用，就兑入了一倍的蒸馏水；颜色呈现为透亮明黄。结果，完全破坏了试剂的使用效果。这就带来一个困惑，实际浓度的变化，为什么会影响组织的显示效果。同时，联想到一个现象，通常我们配置的三氯化铁盐酸水溶液试剂，对于样品的抛光质量非常敏感；而由于缓慢的挥发引起试剂浓度升高后却没有这一情况了。这使我们对于该试剂的配置浓度开始关注；进而聚焦到结晶水上。

腐蚀液的浓度在显微组织显示中的作用，我们一般认为仅仅是涉及腐蚀程度强烈、和缓的分别^[8]。实际现象不然，也会影响组织显示的好坏；这其中的原理，没有清晰的理论说明^[9]。如果不考虑盐酸的分量，只考虑水的含量，看看结晶水对于三氯化铁盐酸水溶液试剂浓度的影响。

表1  浓度变化的计算结果

Table 1  *****

参看表1，根据计算可知，结晶水的影响确实是不容忽视的。之后，我们在配置试剂的时候采取两种方式都取得了满意的效果。

2  试剂的配置、使用以及效果对比

2.1  试剂的配置

首先，使用天平、量筒配置时需要注意比例。常见的三氯化铁盐酸水溶液试剂的配比介绍，一般是：FeCl₃∶HCl∶水=5g∶50ml∶100ml。严格讲，这其中没有考虑结合水的影响。而无水三氯化铁（FeCl₃）在空气中易潮解、吸收水分，成为FeCl₃·6H₂O；带有结晶水的FeCl₃·6H₂O为实验室常用药品。配置腐蚀剂时，如果忽略了结合水的影响，其有效浓度就会出现误差。FeCl₃分子量为162.30，而FeCl₃·6H₂O的分子量是270.30。忽略结合水的差别可是不小，三氯化铁的有效浓度得不到保证。

我们在购买药品时，虽然名称标注的是氯化铁或三氯化铁，但是，其分子式标明的一般是FeCl₃·6H₂O（270.30）。所以，在称量三氯化铁（含水）时，应当根据含水后的分子量进行合理的调整，实际的配比应该是：FeCl₃（实际为FeCl₃·6H₂O）∶HCl∶水=8~9g∶50ml∶100ml。另外，FeCl₃·6H₂O如处于较为潮湿的环境之中，它将继续过度吸收空气中的水分，而形成相应的局部水溶液^[10]。所以，如果从简单记忆角度出发，可以将试剂中三氯化铁（准确说是含有过多水分的FeCl₃·6H₂O）的配比确定为10g左右；比原有的常见比例加倍。

其次，可以采用观色法。从我们的经验来看，试剂中三氯化铁（含水）的比例只需要定性（不必定量）准确就行，即，只要跨过一个门槛（浓度）值，其侵蚀效果就比较稳定。随着三氯化铁（含水）比例的增加，试剂的颜色会呈现规律性的变化，逐步加深；实际颜色的视觉效果请参看图1。从左至右，分别对应的FeCl₃·6H₂O在100ml水中的溶入量为5、7、8、10、11g。这对于手边没有天平时很有价值（我们经常会碰到）。

（a）     (b)

图1  试剂感官颜色示意

Fig.1  ***

我们通过配置不同比例的三氯化铁（含水）的侵蚀剂，观察他们在无色透明器皿中呈现的不同深度的颜色；再结合腐蚀效果，基本确认了采用观察试剂颜色来判定试剂是否合用的方式。操作时，可以少量逐步添加三氯化铁（含水），待溶解后，观察试剂的颜色。若颜色偏浅，呈现透明的明黄色，说明三氯化铁含量不足；继续增加，直到呈现明显或较深的褐色，实际的使用效果才好（如果呈现深褐色，腐蚀效果会更稳定）。

2.2  腐蚀手法的说明

我们配置试剂的顺序是将盐酸与水（通常我们使用蒸馏水）先行混合，再将三氯化铁（含水）溶入。同时，配置的试剂一般用深色玻璃瓶储存，使用效果长期不变。另外，不要稀释使用配置好的长期搁置的显得颜色过深的试剂；颜色过深的试剂只会缩短侵蚀的时间，不会影响组织的显示效果；而稀释过的试剂很难保证其使用效果。

侵蚀时通常采用擦拭的方式，时间在几秒钟以内。由于侵蚀时间比较短，一定注意观察样品表面灰度的变化，及时清洗掉侵蚀液。需要注意的一点是，如果样品侵蚀偏浅需要进一步增加侵蚀时间时，不要采用将侵蚀过的样品再直接侵蚀的方式，最好重新抛光后再通过延长侵蚀时间来实现需要的效果。

2.3  腐蚀效果对比

    以1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢的显微组织为例，对比一下浓度造成的显示差异。当FeCl₃浓度不足（FeCl₃·6H₂O在100ml水中的溶入量为5g。）时，容易出现图2（a）中的情况，样品组织不清澈；当FeCl₃在试剂中超过必要的浓度（FeCl₃·6H₂O在100ml水中的溶入量为10g。）后，情况令人满意，显微组织参见图2（b）。

（激光显微镜还没有回来，图片以后再说）

（a）                          (b)

图2  1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢腐蚀效果对比

Fig.2  micro-structure of 1Cr18Ni9Ti

3  结语

腐蚀剂在配置过程中的浓度，不影响腐蚀效果，仅仅影响腐蚀效率的理论虽然是现在的主流认识；不过，理论的正确性尚待更多实践的检验。

实践中，对于FeCl₃含有结晶水后的准确称呼，应当遵循严格的规定：六水合三氯化铁（FeCl₃·6H₂O）^[11，12]。 在涉及六水合三氯化铁的试剂配置过程中，真实组分比例不应存在重大疏忽。另外，六水合三氯化铁盐酸水溶液试剂的应用范围极其广泛^[13]，这也是我们偏爱的原因。

参考资料：

[1]  中国机械工程学会热处理学会《热处理手册》编委会．热处理手册（第四卷），热处理质量控制和检验[M]．北京：机械工业出版社，2001．

[2]  刘义祥，吴敬梓．堆焊熔合区成分和组织分析[J]．理化检验物理分册，1999，35（1）：9-11．

[3]  李玉奇，韩孝永．0Cr16Ni5Mo厚板轧后开裂分析[J]．理化检验物理分册，1998，34（8）：34-34．

[4]  董加坤．一种显示马氏体不锈钢组织的金相侵蚀剂[J]．理化检验物理分册，2006，42（1）：48-49．

[5]  姚鸿年．金相研究方法[M]．北京：中国工业出版社，1963．

[6]  高文民．金相检验基本知识[M]．北京：中国铁道出版社，1989．

[7]  国家机械工业委员会统编．金相检验技术基础[M]．北京：机械工业出版社，1988．

[8]  姜晓霞，田云川．金相侵蚀剂侵蚀能力的研究[J]．理化检验物理分册，1988，***（1）：15-18．

[9]  姜晓霞，王景愠．合金相电化学[M]．上海：上海科学技术出版社，1984．

[10]  钟俊源，钟俐敏．铁氧体用原料氧化铁在我国的变迁和发展及氯的来源、存在形态和变化[J]．磁性材料及器件，2003，34（5）：42-46．

[11]  北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学教研室编．无机化学[M]．北京：高等教育出版社，2002．

[12]  韩德伟．金属硬度检测技术手册[M]．长沙：中南大学出版社，2003．

[13]  B.C.科瓦连科，李云盛，郑云荣译．金相显示剂手册[M]．北京：国防工业出版社，1983．