Vật liệu luyện kim là chất mài mòn, hợp chất đánh bóng, vật liệu gắn và vật liệu khắc được sử dụng để chuẩn bị mẫu kim loại (và vật liệu khác) để kiểm tra bằng kính hiển vi. Kim loại học - nghiên cứu cấu trúc bên trong của vật liệu ở cấp độ vi mô - phụ thuộc hoàn toàn vào việc chuẩn bị bề mặt mẫu tốt như thế nào, vì các vết trầy xước, biến dạng hoặc nhiễm bẩn xuất hiện trong quá trình chuẩn bị có thể che khuất hoặc che khuất hoàn toàn cấu trúc vi mô thực tế đang được nghiên cứu.
Những vật tư tiêu hao này là "có thể tiêu hao" theo nghĩa đen — giấy nhám bị mòn, vải đánh bóng xuống cấp khi sử dụng và chất ăn mòn là giải pháp hóa học sử dụng một lần hoặc có tuổi thọ giới hạn — khiến chúng trở thành vật mua định kỳ cho bất kỳ phòng thí nghiệm thử nghiệm vật liệu, bộ phận kiểm soát chất lượng hoặc cơ sở nghiên cứu nào làm việc với kim loại.
Chuẩn bị mẫu kim loại là gì?
Chuẩn bị mẫu kim loại là quá trình biến một mảnh vật liệu cắt thô thành bề mặt phẳng, không trầy xước, được đánh bóng bằng gương thích hợp để kiểm tra bằng kính hiển vi. Mục đích là để lộ cấu trúc vi mô thực sự - ranh giới hạt, phân bố pha, tạp chất, độ xốp hoặc khuyết tật - mà không tạo ra các tạo tác từ chính quá trình chuẩn bị, chẳng hạn như kim loại bị nhòe, các hạt mài mòn nhúng hoặc thay đổi cấu trúc do nhiệt gây ra.
Tại sao nó quan trọng: Một mẫu được chuẩn bị kém có thể che giấu các khuyết tật thực sự hoặc tạo ra các khuyết tật giả - chất lượng chuẩn bị mẫu trực tiếp xác định liệu phân tích vi mô tiếp theo có đáng tin cậy hay không.
Quy trình chuẩn bị mẫu kim loại: Từng bước
Phân chia - mẫu được cắt từ vật liệu gốc bằng cách sử dụng cưa cắt mài mòn, thường có chất làm mát để tránh hư hỏng do nhiệt có thể làm thay đổi cấu trúc vi mô gần bề mặt cắt.
gắn kết - các mẫu nhỏ hoặc có hình dạng không đều được nhúng vào nhựa (epoxy, acrylic hoặc phenolic) để tạo ra mẫu tiêu chuẩn, dễ cầm để mài và đánh bóng.
mài - mẫu được gắn được nghiền thông qua một chuỗi các giấy nhám mịn dần dần (thường bắt đầu từ khoảng 120-240 grit và tiến tới 800-1200 grit hoặc mịn hơn) để loại bỏ hư hỏng do cắt và làm phẳng bề mặt.
đánh bóng — bề mặt nền được đánh bóng theo từng giai đoạn bằng cách sử dụng huyền phù kim cương hoặc alumina mịn dần dần (thường từ 6 micron xuống 0,05 micron hoặc mịn hơn) trên bánh xe vải để đạt được lớp hoàn thiện như gương, không trầy xước.
khắc - một chất ăn mòn hóa học được bôi nhanh lên bề mặt được đánh bóng để tấn công có chọn lọc các ranh giới hạt hoặc các pha cụ thể, để lộ cấu trúc vi mô dưới kính hiển vi.
Các loại vật tư kim loại
| Danh mục | Ví dụ | Giai đoạn chuẩn bị |
|---|---|---|
| Cắt vật tư tiêu hao | Bánh xe, lưỡi cắt mài mòn | Phân chia |
| gắn kết materials | Nhựa epoxy, acrylic, bột nén phenolic | gắn kết |
| mài abrasives | Giấy SiC (silicon cacbua), đĩa mài kim cương | mài |
| đánh bóng consumables | Hỗn dịch/bột nhão kim cương, huyền phù alumina, vải đánh bóng | đánh bóng |
| khắc supplies | Dung dịch khắc hóa chất, tăm bông, khắc bông | khắc |
Vật liệu mài và đánh bóng kim loại
Giấy mài SiC
Có sẵn nhiều loại hạt mài, được sử dụng theo trình tự để loại bỏ dần hư hỏng từ bước thô trước đó
Đĩa mài kim cương
Thay thế lâu dài hơn cho giấy SiC, mang lại tốc độ loại bỏ ổn định hơn khi sử dụng lâu dài
Vải đánh bóng
Từ các loại vải cứng, có độ trễ thấp để đánh bóng thô đến các loại vải có độ ngủ cao, mềm để hoàn thiện lần cuối
Chất bôi trơn/Bộ mở rộng
Được sử dụng với huyền phù đánh bóng để kiểm soát tốc độ cắt và tránh làm nóng bề mặt mẫu
Vật liệu đánh bóng kim loại
Quá trình đánh bóng cuối cùng loại bỏ các vết xước nhỏ do mài để lại, sử dụng các hạt mài mòn dần dần mịn hơn lơ lửng trong chất mang chất lỏng:
| Chất liệu | Kích thước hạt điển hình | sử dụng |
|---|---|---|
| Đình chỉ/dán kim cương | 9μm - 0,25μm | Đánh bóng từ thô đến trung bình, vật liệu cứng |
| Hệ thống treo nhôm | 1μm - 0,05μm | Đánh bóng lần cuối, vật liệu mềm hơn |
| keo silic | 0,06μm - 0,02μm | Đánh bóng cơ học hóa học cuối cùng, chuẩn bị hình ảnh độ phân giải cao |
Vật liệu dùng để kiểm tra kim loại
Ngoài các vật tư tiêu hao được sử dụng trong quá trình chuẩn bị, bản thân thử nghiệm kim loại còn được áp dụng trên nhiều loại vật liệu, mỗi loại có yêu cầu chuẩn bị hơi khác nhau:
- Kim loại màu (thép, gang) - thường được khắc bằng dung dịch nital hoặc picral để lộ cấu trúc hạt và phân bố pha.
- Kim loại màu (nhôm, đồng, titan) - thường yêu cầu các chất ăn mòn khác nhau và trong một số trường hợp, áp suất mài nhẹ hơn do độ cứng thấp hơn.
- Gốm sứ và vật liệu tổng hợp — thường cần chất mài mòn gốc kim cương xuyên suốt, vì giấy SiC thông thường có thể không cắt được các pha gốm cứng hơn một cách hiệu quả.
- Vật liệu điện tử và bán dẫn - thường yêu cầu các bước đánh bóng cuối cùng rất mịn (silica keo) để đạt được chất lượng bề mặt cần thiết cho phân tích khuyết tật có độ phóng đại cao.
Hướng dẫn lựa chọn vật tư kim loại
- Xác định độ cứng của vật liệu Các vật liệu cứng hơn thường yêu cầu chất mài mòn gốc kim cương, trong khi các vật liệu mềm hơn có thể được xử lý hiệu quả bằng giấy SiC thông thường và đánh bóng alumina.
- Hãy kết hợp quá trình phát triển của sạn với điều kiện bề mặt ban đầu. Bề mặt cắt ban đầu cứng hơn cần độ nhám ban đầu thấp hơn; một bề mặt sạch, phẳng thường có thể bỏ qua giai đoạn mài thô nhất.
- Chọn vải đánh bóng dựa trên công đoạn đánh bóng. Vải có độ trễ thấp giữ độ phẳng tốt hơn cho các bước trung gian; vải ngủ cao được dành riêng cho việc đánh bóng cuối cùng, ở cấp độ tốt nhất.
- Xác nhận khả năng tương thích của etchant với hợp kim cụ thể. Các công thức ăn mòn dành riêng cho hợp kim - chất ăn mòn sai có thể ăn mòn quá mức hoặc quá mức bề mặt, che khuất cấu trúc vi mô thực sự.
- Yếu tố về khối lượng mẫu. Các phòng thí nghiệm hiệu suất cao được hưởng lợi từ các vật tư tiêu hao được thiết kế để có tuổi thọ dài hơn (như đĩa kim cương trên giấy SiC) để giảm tần suất thay đổi vật tư tiêu hao.
Mẹo thực tế: Giữ một tài liệu về trình tự mài và đánh bóng cụ thể cho từng loại vật liệu trong phòng thí nghiệm của bạn — tính nhất quán trong quá trình chuẩn bị thường là yếu tố lớn nhất tách biệt các kết quả vi cấu trúc có thể lặp lại với các kết quả không nhất quán.
