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异种金属爆炸复合界面金相试样的制备

2012-6-20 17:16| 发布者: 娜美| 查看: 3441| 评论: 0|来自: 中国材料显微镜网

摘要: 金属爆炸复合是一门介于金属物理学、爆炸物理学和焊接工艺学之间的边缘学科。它既是一项同种,特别是任意异种金属材料焊接的新技术,又是一种任意金属组合的复合材料的生产新工艺,具有重要的技术和经济价值。爆炸复 ...
       金属爆炸复合是一门介于金属物理学、爆炸物理学和焊接工艺学之间的边缘学科。它既是一项同种,特别是任意异种金属材料焊接的新技术,又是一种任意金属组合的复合材料的生产新工艺,具有重要的技术和经济价值。爆炸复合是用炸药作能源进行金属间焊接的一门新兴的边缘学科。它的最大特点是一瞬间能将相同的、特别是不同的和任意的金属组合简单、迅速和强固地焊接在一起。它的最大用途是制造大面积的各种组合、各种形状、各种尺寸和各种用途的双金属和多金属复合材料。因此,爆炸复合材料质量的好坏除了检测其机械、物理性能外,界面的结合情况亦需进行深入的了解。因为通过对复合界面金相组织的观察,可以观察出复合界面间是否完全良好结合,从而可对复合质量作出正确判断。目前有关异种金属复合界面金相试样制备的报导较少,这主要是跟操作困难有关,因为异种金属具有不同的物理和化学性能,在制备复合材料界面试样的过程中,两种金属界面处易形成台阶。
       此外,由于异种金属的电化学电位不同,浸蚀试样也较困难,为此,合理地选择浸蚀剂显得十分重要。近来我们对制备紫铜板与钼板复合界面的金相试样进行了一些摸索,整个过程为:取样→镶嵌→磨光与抛光→浸蚀→组织观察。鉴于取样、镶嵌和组织观察的操作较规范,下面主要对磨光、抛光及浸蚀的操作过程作一些探讨。
1  磨  光
       磨光是为了得到平整、光滑的磨面,磨面上允许有极细而均匀的磨痕,磨光分为粗磨和细磨两步。
      (1) 粗磨 粗磨前,试样应用锉刀修平,然后在金相试样镶嵌机上镶嵌成规格为Φ30 mm ×20 mm的金相试样。在粗磨操作中,压力不宜过大,以免产生范性变形。为了保证试样不致因发热而引起金属组织发生变化,要不断将试样浸入水中冷却,或者加水粗磨,粗磨时一定要保证磨面平整。
      (2)细磨 试样表面粗磨后,用水冲洗干净即可细磨。细磨的目的是消除粗磨遗留下来的较深的痕迹,为抛光作好准备。细磨是在由粗到细的各号金相砂纸上(底下垫玻璃板) 进行。考虑到本试样的特殊性,我们先用编号为01 、02 号的金相砂纸把试样磨得较为平整,然后再按砂纸的编号03 、04  、05 、07号由粗到细顺序磨制。为了能观察磨痕是否消除,后道磨削的方向应与前道磨痕方向相垂直。磨面与砂纸应保持完全接触,施加的压力要力求均匀,不能把观察面磨成鼓肚状。更换砂纸时,注意清洗,不要把前一道的砂粒带入,磨制过程中,应在明亮处反复观察磨面的均匀程度与磨纹状况。
2  抛 光
       抛光的目的在于除去金相磨面上由细磨所留下的细微磨痕,使磨面成为无划痕的光亮镜面。本实验采用机械抛光,所用的抛光机为可进行无级调速的普通金相抛光机。
       (1) 粗抛 抛光盘转速为800 r/ min左右,抛光前先将金刚石研磨膏(粒度为W2.0)均匀涂在抛光织物上靠近中心部分,然后滴加清水,开机抛光。具体操作是握住试样,使磨面均衡地压在旋转的抛光盘上,并不断地将试样在盘与盘的边缘之间往返转动。由于抛光盘的边缘和近中心处的线速度不同,所以抛光时应尽可能使较硬的一侧(钼板)离盘心较远,而较软的一侧(紫铜侧)靠近盘心的位置。整个试样由盘边逐渐移至盘心处抛磨。对试样施加的压力要均衡,且应先重后轻。在抛光初期,试样上的磨痕方向应与扫光盘转动的方向垂直,以利于较快地消除磨痕。在抛光后期,需将试样缓缓转动,这样可获得光亮平整的磨面,同时能防止夹杂物及硬性的相产生曳尾现象,一般情况下是观察磨痕一致时转动90°再抛。反复几次,直到显微镜下看到细细的并且方向一致的磨痕时为止。此外,抛光时水是一直不能缺少的,以保护金属磨面与抛光织物之间具有一个润滑层,使磨面光滑、明亮。
       (2) 精抛 精抛光的目的是为了消除粗抛光所留下的细小划痕。试验中采用丝绒作为抛光织物,以粒度稍细(W1 或W0.5)的金刚石研磨膏作为抛光材料。具体操作是:开始加少许研磨膏,滴加清水量稍少,使研磨的浓度先大后小。由于紫铜较软,试样表面易划伤而形成细微的划痕,应尽量做到抛光机专用。手拿试样要轻、稳,并间隙地轻轻转动试样;在显微镜下观察到磨痕极细时,可只用清水抛光,清水抛光一般3~5 min为宜。待显微镜下观察几乎无磨痕时,便可认为试样已抛光好。注意抛光时间不宜太长,否则会使紫铜和钼交界处产生台阶,有时铜表面还会出现氧化层和浮雕等。
3  浸  蚀
       金相试样的浸蚀方法主要有化学浸蚀、电解浸蚀和电化学浸蚀。在本实验中,采用了通常的化学浸蚀。
       (1)浸蚀剂的选择 爆炸复合界面的组成为两个部分,即一侧为紫铜,另一侧为钼。从所查阅的大量文献来看,没有哪一种浸蚀剂能达到同时浸蚀这两种金属的目的,而如果选用电解浸蚀的方法,则会因为二者的电极电位有差异而在界面处形成台界(黑线),或只一侧被浸蚀,而另一侧没有效果。因此,我们必须选用分步化学浸蚀的方法,亦即先选用一种浸蚀剂浸蚀其中一种金属,再选用另一种浸蚀剂浸蚀另一种金属。要注意的是两种浸蚀剂最好不产生干扰,或者尽量少产生干扰。依据这些原则,我们在参阅大量文献的基础上[1- 5 ] ,经多次试验,我们选配了如下两种浸蚀剂效果较理想:一种为酸性的硝酸铁酒精溶液(硝酸铁8~15 g ,酒精100 mL),用于浸蚀紫铜。这种浸蚀剂的特点为:晶界显露清晰,晶粒不易氧化,对抛光条纹显露敏感性小,有轻微的抛光作用。另一种碱性的复合试剂(10~30g铁氢化钾+ 10~20g 氢氧化钠+ 200mL 水)用于浸蚀钼。实践证明,用这两种不同的浸蚀剂分别浸蚀不同的母材,效果很好,不过在具体操作过程中要注意先后顺序和浸蚀时间等。
       (2)浸蚀的操作过程 常规的化学浸蚀方法有浸入法和擦试法两种,本实验选用了擦试法,即将试样抛光面朝上,平放在浸蚀台上,用蘸用浸蚀剂的棉花球在试样表面轻轻擦试,直到获得恰当的浸蚀效果为止,冲洗和吹干的程序与通常的浸蚀法相同。针对紫铜和钼板的复合界面,具体的操作过程为:先用碱性的复合试剂擦试试样,时间约10~30s,此时钼侧被浸蚀,颜色变为均匀的灰白色,紫铜侧仍光亮如镜,用水冲洗后,立即用另一种棉花球蘸酸性的硝酸铁酒精溶液浸蚀剂擦试试样表面,铜侧变色后(约5~15s)
       即再次用清水冲洗磨面,再滴几滴酒精脱水,然后用吹风机吹干,浸蚀过程即告完成。整个浸蚀过程要及时、迅速,不能拖泥带水,否则将难于达到理想的浸蚀效果。
4  结  语
       在紫铜板与钼板爆炸复合界面金相试样制备的过程中,从磨光、抛光到浸蚀剂的选择和试样的浸蚀,都采用了较为特殊的操作方法,最后成功地制备出所需的金相试样,所得界面的金相组织照片十分清晰(见图1),能达到预期的分析目的。从图中可以看出:紫铜和纯钼结合良好,无浸蚀台阶,亦无普通焊接易出现的焊接裂缝、气孔等缺陷,从而可推定该复合界面的结合质量优良,复合工艺可行。随着复合技术的进一步发展,在科学研究中对复合界面金相组织的观察必将越来越多,特别是异种材料复合的日益广泛,同时对异种金属复合界面金相试样的制备也提出了新课题。因此,本实验中所采用的异种金属复合界面金相试样制备的操作过程及原则可供日后的科研和生产中推广应用。
 

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