铜合金金相制备
介绍
• 铜是通常与氧化铜或硫化铜结合,并存在于矿产中的金属。
• 可以多级冶金熔炼工艺(图1)获得纯铜。
• 存在低合金铜(4-5%的合金添加)。
• 铜是一种韧性材料,是良好的电导体和热导体。
图1:铜的熔炼过程
黄铜是铜和(5-40%)锌的合金。锌的添加使这种合金更坚固,使加工更容易。这种合金可用于螺纹切削工业、珠宝或手表零件制造等。
青铜是铜和锡的合金。锡的百分比可以高达20%,这取决于制造工艺。它还可以具有额外的元素,如铅,其允许更好的机械加工性,或磷,其改善机械特性。
青铜比铜本身更具抗磨损性,这就是为什么它可以被用作摩擦材料。
金相制备
顺序如下:
• 从零件中获取待检试样(如有必要),称为“切割”。
• 标准化试样外观尺寸(如有必要),称为“镶嵌”。
• 提升样品表面状态,称为“研磨抛光”。
• 样品表征:(如有必要)利用腐蚀剂腐蚀样品获取微观组织信息,称为“金相腐蚀”;通过光学或电子显微镜观察。
切割
PRESI提供自小型精密切割机至中、大型切割设备,以适应不同切割精度、切割尺寸以及切割效率需求:
=> 各类附件夹具的重要性显而易见。如果试样在切割过程中未被正确夹持,其将对切割轮,工件,甚至切割设备产生不利影响。
耗材
铜 黄铜 青铜 |
|
精密切割 | MNF UTW S (Ø180 mm) |
中型切割 | MNF |
大型切割 | MNF |
表1:选择合适的切割轮
镶嵌
=> 高质量的镶嵌对保护易碎材料至关重要,同时也为后续抛光和其他分析获得良好的制备结果。
镶嵌前,试样应该用粗颗粒砂纸去毛刺,例如,去除任何切割毛刺。用乙醇清洗(在超声波槽中,效率更高)。这使得树脂尽可能地粘附在样品上,从而限制收缩(树脂和样品之间的空间)。
如果持续收缩,会导致抛光过程中出现问题。磨料颗粒可能会滞留在试样缝隙中,在后期释放出来,则会对样品和抛光表面造成污染的风险。在这种情况下,建议在每个步骤之间用超声波清洗机清洗。
两种镶嵌方法:
热镶嵌
该方法需经由热镶嵌机实现.
• 全自动工作循环。
• 操作简便:参数设定、储存、调用,保证高可重现性。
• 25.4 – 50 毫米,6种内模尺寸。
+ POINT
冷镶嵌
• 脆性材料,温度/压力敏感材料
• 复杂的几何结构,如蜂窝结构样品。
• 需要镶嵌样品数量较大时。
可使用设备为:
耗材
铜 黄铜 青铜 |
|
热镶嵌 | 酚醛 烯丙基 |
冷镶嵌 | KM-U 2S MA2+ |
表2: 选择正确的安装树脂类型
研磨抛光
PRESI提供一系列手动与自动研磨抛光设备,包含丰富的夹具、附件等配件,以满足从预磨直至最终抛光、单个或批次样品的工作需求。
MECATECH系列台式自动研磨抛光机 即可满足手动工作,也可满足自动工作需求。凭借其先进的技术理念,750-1500瓦的电机功率,可处理各种不同材料及满足需要制备大量样品的需求。
耗材及磨抛工艺步骤
每种工艺的第一步都被称为“求平”步骤,即快速去除材料(及镶嵌树脂)表面,使其平整。
施加于样品的压力将由其面积尺寸决定。通常而言,在粗磨步骤中,每10毫米直径样品可施加1daN(10牛顿)力,即Ø40mm=4daN,并在之后的每个抛光步骤中逐步递减0.5daN。
下表为通用的铜及铜合金磨抛工艺:
N° | 磨抛介质 | 悬浮液/润滑液 | 底盘转速 (RPM) |
工作头转速 (RPM) |
旋转方向-底盘/工作头 | 时间 |
1 | SiC P320 | Ø / 水 | 300 | 150 | 1’ | |
2 | TOP | 9μm LDM / Reflex Lub |
150 | 135 | 4’ | |
3 | RAM | 3μm LDP / Reflex Lub |
150 | 135 | 3’ | |
4 | TFR | 1μm LDM / Reflex Lub |
150 | 135 | 1’ | |
5 | SUPRA | SPM / 水 | 150 | 100 | 1’ |
在粗磨阶段不建议底盘和工作头反向旋转,因为这会对试样表面平整度造成不利影响。然而,如果需要去除大量材料,两者反向旋转将提高工作效率。
图9:铜(5X物镜)
图10:铜(50X物镜)
Reflex LUB抛光润滑液将与LDM金刚石悬浮液配合使用,它可以使抛光织物充分湿润。但在任何情况下,必须注意的是不要过多地润湿抛光布,以避免其“打滑”而降低磨削效率.
图11:黄铜(10X物镜)
图12:黄铜(20X物镜)
图13:黄铜螺母(5X物镜)
图14:PCB覆铜
在这一阶段,工作头和工作盘是反方向旋转,以尽可能多的将悬浮液保留在抛光布上。
根据结果,这一步骤也可以用PRESI n°2氧化铝悬浮液代替。
图9-14为铜和黄铜应用上述磨抛工艺的效果。
有时需要根据材料的敏感性来调整抛光工艺。下面是一个铅青铜涂层制备方法的例子:
N° | 磨抛介质 | 悬浮液/润滑液 | 底盘转速 (RPM) |
工作头转速 (RPM) |
旋转方向-底盘/工作头 | 时间 |
1 | SiC P320 | Ø / 水 | 300 | 150 | 1’ | |
2 | SiC P1200 | Ø / 水 | 300 | 150 | 1’ | |
3 | SiC P4000 | Ø / 水 | 300 | 150 | 1’ | |
4 | NT | Alumina n°2 | 150 | 100 | 1’ | |
5 | NT | Alumina n°1 | 150 | 100 | 1’ |
图15:铅青铜涂层(10X物镜)
图16:铅青铜涂层(50X物镜)
金相观察
腐蚀试剂的使用可帮助显示晶界、各种相等…
主要的腐蚀剂有:
– 氯化铁酸的乙醇溶液(图17)
– 重铬酸钾(图18)
所有展示的显微照片都是使用PRESI VIEW软件完成的:
图17:黄铜,腐蚀态
图18:铜,腐蚀态(10X物镜)
更进一步
图20:抛光至1µm 图像(20X物镜)
图21:振动抛光后图像(20X物镜)