金相试样变形层的产生原因及消除方法

------作者算是从沈桂芹的《光学金相技术》中帮着做了一个“摘录”。

http://blog.sina.com.cn/s/blog_674374ae0102vcbq.html   蒋建军. 金相试样变形层的产生原因及消除方法[J]. 铝加工, 2004.

作者：（1977~  ）男，新疆奎屯，就职于华北铝业有限公司研究所。2000年中南大学毕业，冶金材料专业工程师。

摘要：在金相试样的制备（磨制及抛光）过程中，若操作不当，极易在试样的表面产生变形层，使试样观测起来较为困难。作者总结实践经验，分析出试样在抛磨过程中金属试样磨面产生变形层的原因，并提出其消除办法。

关链词：金相；变形层；试样磨制方法

制作高倍试样（意思应当是可以高倍观察条件下使用的样品）是金相检验中的重要手段之一，制备好的高倍试样的微观组织可以研究试样的形成机理、组织织（结）构或分析缺陷的微观结构。而试样制备的质量受人为影响因素较大，在试样的锯、磨制和抛光过程中，若人为地操作不当，极易试样表面产生较深的变形层而影响金相高倍试样检验结果，虽然在试样的机械磨制和抛光过程中产生变形层是不可避免的，但如果注意操作方法，以将试样变形层的产生减小到最小程度，便于以后试样的浸蚀过程中完全去除掉，获得一个平整、光亮、无痕、无曳尾、无浮雕、无腐蚀坑、无金属扰乱层和变形层的抛光面，提高试样的质量。

1  变形层产生的原因

1.1 试样在磨制（磨光）过程中变形层的产生

经过磨制后的试样磨面上会出现细小均匀的小划痕或很薄的变形层，在试样的磨制过程中，会产生变形层的因素有：

（1） 接触压力

在试样的磨制过程中，施加于试样表面上的正压力过大会使试样的磨面温度升高而引起试样的组织变化（这个说法有些不严谨，只要注意冷却，不太可能的事情。），并使磨痕加深，变形层增加。

（2） 砂纸粒度

试验表明，磨料的粒度尺寸在40μm以上时，磨削速度（单位面积、时间内的去除量）几乎不变，但变形层的深度却随磨料的粒度尺寸的增大而增加。

（3） 砂纸的新旧程度

新砂纸的磨削速率快，但易使试样的变形层加深。用新砂纸磨削磨制金属试样多次后，磨粒变会变钝，砂纸的磨削速率下降，这时试样的变形层基本保持不变。当砂纸使用到一定时间（或程度）后，其磨削作用大减，滚压作用增大，这时使得试样磨面的变形层的深度又增加，所以过旧的砂纸不宜继续使用。

1.2  试样在抛光过程中变形层的产生

抛光过程是金相试样制备的最后一道工序，其目的是将试样上在磨制过程中产生的磨痕和变形层去掉，得到平整、光亮、无痕的镜面。但抛光过程只能抛去金属表面很薄的一层，不可能把较深的变形层抛去，所以试样只有在经过细磨（手工细磨或机械细磨）后，得到均匀的细磨痕及较浅的变形层时再进行抛光，但在抛光过程中同样也会产生变形层。在试样的抛光过程中产生变形层的因素有：

（1）抛光剂粒数的影响

粒度大（如磨料的颗粒直径在10μm左右）的抛光剂抛光速率高，但抛光时在试样的磨面上易产生较厚的变形层，粒度小（磨料的颗粒直径在2μm左右）的抛光剂所产生的变形层薄，但抛光速率低，要花费较长的时间才能将前一道次磨痕及变形层去除。

（2）抛光粉的选择过程中，要求抛光粉具有高的硬度和一定的强度，且颗粒要细而均匀，刃口锋利。而使用的抛光粉外形越尖锐，其磨削作用越强，会在磨面上形成较厚的变形层。反之，颗粒越圆，只能在抛光布和磨面之间滚动，滚压作用强，而无磨削作用，极易使试样表面氧化形成新变形层。

（3）抛光织物

选用的抛光织物应纤维柔软，牢固耐磨。当使用的抛光织物混有粗而硬的纤维或含有粗沙粒和其它脏物，会在试样的抛光过程中产生新的变形层甚至擦伤试样表面。

（4）抛光盘的湿度

抛光过程中，要不断地从盘中心滴入抛光粉悬浮，使抛光织物保持一定的湿度。应注意的是，若抛光盘的湿度太大会减弱抛光磨削作用，增大滚压作用，不仅加厚金属扰乱层，使试样较硬相呈现浮雕，而且使变形层增厚；若湿度过小，润滑条件极差，因摩擦生热而使试样温度升高导致试样磨面失去光泽产生斑点。

（5）抛光压力

抛光时施加于试样表面的正压力越大，滚压作用越强，变形层的厚度越大、金属扰乱层也越大，容易形成伪组织，压力过小，抛光过程越长，容易增加金属变形又浪费时间。

（6）抛光时的手法

抛光时握稳试样，手势要随应试样磨面并使之平行于抛光盘，而且磨面应均匀地压在抛光盘上。开始时，将试样从磨盘的中心向边缘移动，所施压力不能太重，磨面应均衡地压在抛光盘上，并不断地左右移动。在抛光即将完成阶段，可略为逆着抛光盘旋转方向转动金相试样，抛光将近结束时，试样应该从边缘向中心移动，以降低抛光线速度，同时压力应越来越轻，最后在抛光盘的中心处提起试样。可不断变换抛光方向，防止非金属夹杂物的曳尾现象，当磨痕完全消除后，应当立即停止抛光，以减少试样表面形成变形层。

2  消除变形层的方法

2.1 消除磨制过程中产生变形层的方法

（1） 磨削过程中的力度

磨削试样过程中，用力应尽量稳定适度而均匀，在磨削过程中，随着磨面上磨痕的减轻，要逐渐减小施加于试样上的正应力，当磨制快结束时，将试样提起至与砂纸几乎刚刚接触的程度。（最后一道砂纸如此操作尤为重要。）

（2） 磨制过程中砂纸的选择

解决办法是不宜选用粒度过大的砂纸进行试样的磨光，通常先用粒度号为240或320的砂纸粗磨至上一道磨痕几乎消失后，再用粒度号为400或600的砂纸细磨，将磨面磨制成平整光滑平面。（这个部分的文字来看，作者的这篇文章属于“空对空”；基本是源自于沈桂琴的《光学金相技术》一书的内容，而不是亲身的实践。）

（3） 使用砂纸的新旧程度

使用频率较高（如使用次数达到3次或以上）或长时间不使用的砂纸（如使用一次后长达半年以上未再次使用）的砂纸应舍弃，使用新的砂纸，以提高磨制的效果。（旧砂纸更为麻烦的是“不平整”。）

（4） 其它应在操作过程中注意的因素

a）每换一道砂纸，应将试样及双手洗净、擦干，避免人为的因素弄污试样表面。b）每换一道砂纸的同时，应将试样转90º的方向，与旧磨痕的方向垂直，以减少磨痕的加深和变形层的增加。c）每一道工序都要将前一道工序的磨痕磨地完全消失为止。d）磨制软材料时，应在砂纸上加几滴润滑油。以免砂纸颗粒嵌入软材料的金相表面，造成假象。常用的润滑剂有煤油、汽油、机油以及肥皂水、甘油水溶液等。e）磨制过硬质材料的砂纸后不宜再磨制软的金属材料．以免残留在砂纸上的硬颗粒嵌到软材料上，造成很深的划瘤，抛光时难以消除。f）磨制试样的同时，不断用流动的水冲刷砂纸上脱落的磨粒。水不仅能冷却润滑磨面，还可冲走磨面上的松散磨样和磨屑，以减少磨光过程中磨粒的嵌入和由于滚压作用而造成试样变形层的加深。同时还可以降低试样表面的温度，防止试样表面因摩擦生热而被氧化。e）另外，在抛光前可采用电解抛光一次．不仅可减少磨制过程中产生的变形层，还可抛光时间三分之一以上，抛光时间可选在2～8秒之间。

2.2  消除抛光过程中产生变形层的方法

（1） 解决抛光剂粒数影响的办法

在实际操作中解决的办法主要有两种：选用粒度为5～7μm的抛光剂，其具有较大抛光速率。可有效的消除变形层；可将试样的抛光过程分为粗抛和精抛两步完成，粗抛所用光剂的磨料颗粒直径为l～6μm，精抛时所选用磨料粒度尺寸在0.3～1μm之间的抛光剂，可有效地消除残留在金属表面的变形层。（这段，看着热闹，实际上还是不明确。）

（2） 抛光粉的选择

抛光粉的种类较多．硬度低的抛光粉如：氧化铁（对磨面的滚压作用强，易使变层增厚）、氧化镁（颗粒较细，在使用中磨削作用强）。氧化铁、氧化镁均适用于抛较软的金属，氧化铬为绿色粉末，具有较高的硬度，主要用于钢和铸铁试样的抛光；金刚石抛光膏（配比为：硬脂酸12.5g，三乙醉胺6.0ml，水20.5ml，肥皂乳剂少量，一定粒度的金刚石粉0.5g）被证明是比较好的对软硬金属都适宜的抛光粉，在操作过程中，硬度高的抛光粉和硬度低的抛光粉应交互使用，才能达到去除上一道次所产生变形层的目的。（金刚石抛光膏都是这么制备的？）

（3） 抛光织物的处理

选择什么样的抛光织物，与抛光材料的检验目的以及抛光操作过程中的步骤有关，但在具体的操作过程中，若使用新的抛光布，应经处理（如脱脂）后才可使用。抛光前还应洗净双手，以免将异物带入抛光织物中，若抛光织物已使用过，应在再次使用前洗净并将夹杂在其中的异物颗粒拣出（没这么夸张吧！），以利于抛光过程的进行。

（4）  抛光盘的适宜湿度

理想抛光盘的湿度（应当是抛光织物的湿度吧？）是当试样离开抛光盘后．试样磨面上的湿润膜能在2～5S内自行蒸干为宜。（这个说法，在没有条件说明的情况下，有些可笑，不是吗？）

（5）  抛光时的压力

抛光时，应将试样磨面均匀轻压在抛光盘上，试样要拿稳，防止试样飞出或用力太大而产生新的变形层。（对于黑色金属，压力的控制不需要很介意。）

（6）  利用电解抛光

由于进行手工抛光时受到机械力的作用，不可避免地在金属表面产生变形层。而电解抛光是利用电解的方法，以试验表面为阳极，利用电解的原理逐渐使凹凸不平的磨面溶解成光滑平镇的表面，因无机械力的作用，固不仅会消除前道工序的金属变形层，而且不会产生新的金属变形层。图1为严格按照以上操作方法制作AlTi5B的金相高倍试样的制样效果，从图中可以明显看出TiB2和TiAl3的形态分布和尺寸大小。由于消除了金属变形层的干扰，很容易对AlTi5B中的TiB2和TiAl3进行定性和定量分析。

应注意的是，抛光结束后，应立即冲洗试样，有一定硬度的试样平常还可以用湿棉花轻轻拭去磨面上残留的磨粒（夸张！），再用酒精洗，然后用金相样品吹干器吹干，也可用电热吹风器吹干，但要注意温度控制，吹干后若不马上进行浸蚀观察．应放入干燥箱内，以免受潮，形成金属扰乱层（扯！！！）。

3  结束语

在试样的制备（磨制和抛光）过程中，压力、介质和人为的操作方法是影响变形层的关键因素。由于表层金属受机械力的作用，不可避免的产生金属变形层，影响组织的正确显示；但，可以将这种变形层降至最小的程度，能够较真实地反应出试样的本质特征，达到制备高倍试样的目的。若试样磨面上产生的变形层不能去除，会影响金属试样的制样效果，不能得到真实的金相组织。合理的磨制会使试样磨面上变形层的深度减小到最低程度，再经侵蚀过程即可完全地消除变形层，得到真实的显微组织，提高制备金属试样的质量。如果在抛光过程后金属试样的变形层还较厚，这时试样在侵蚀后仍不清晰的显示金相组织，可采用化学浸蚀与细抛光交替进行的办法，直至变形层完全消失、显微组织清晰为止。