全國大學(xué)生金相大賽試樣制備方法淺析

龔雪 王海波 施露 邱辛帥 羅曉芳

摘 要：金相試樣制備是金相學(xué)研究的重要部分，也是材料科學(xué)專業(yè)學(xué)生必備專業(yè)技能，通過對材料金相組織的研究，可探索材料的微觀世界。本文通過前期大量的實驗基礎(chǔ)，結(jié)合查閱相關(guān)文獻資料，敘述了金相試樣的一般制備方法，深入分析各制樣步驟（磨制、拋光、侵蝕）的關(guān)鍵注意事項，總結(jié)出全國金相大賽制樣方法與技巧。

關(guān)鍵詞：金相試樣;磨制;拋光;侵蝕;觀察

全國金相大賽有兩個賽事，分別是中國體視學(xué)學(xué)會、中國體視學(xué)學(xué)會金相與顯微分析分會主辦的“蔡司·金相學(xué)會杯”全國高校大學(xué)生金相大賽和由教育部高等學(xué)校材料類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會主辦的全國大學(xué)生金相技能大賽。

金相試樣制備是材料領(lǐng)域進行科學(xué)研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括磨樣、拋光、腐蝕等基本工序，其中每個工序都要求學(xué)生具有較強的動手能力。對于動手能力較差或者初學(xué)者而言，樣品表面在磨樣過程中很有可能出現(xiàn)交叉劃痕、平面被磨成多個面，拋光過程時出現(xiàn)飛樣、水膜，腐蝕過程出現(xiàn)腐蝕不均勻、腐蝕不夠、腐蝕太深等問題，干擾后續(xù)的觀察與分析[1]。所以，系統(tǒng)的分析與總結(jié)金相的制備方法就顯得尤為重要。全國金相大賽的開展，更能系統(tǒng)的學(xué)習(xí)金相技能，提高學(xué)生的專業(yè)實踐技能基本素質(zhì)，達到以賽促學(xué)的目的。

一、賽前準(zhǔn)備

砂紙是金相磨制的重要工具，砂紙的選擇很大部分決定磨制的速率和效果。合理的選擇砂紙，是金相磨制成功的第一步。在金相大賽中會提供240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#共8種砂紙，自選6種，可干濕兩用。另外還提供型號為80的砂紙供參賽者倒角。首先，拿到待磨試樣，先了解試樣的基本情況，比如“蔡司·金相學(xué)會杯”全國高校大學(xué)生金相大賽提供的球化退火態(tài)GCr15和退火態(tài)HT150試樣，清楚試樣的熱處理方式和材質(zhì)有利于后期試樣的制備，再觀察待磨面的表面粗糙度和平整度，具體根據(jù)試樣表面情況和個人經(jīng)驗選擇砂紙。原則上有效的研磨要求每一步的研磨顆粒要比上一步的小一或二個標(biāo)號，不能跨度過大。第一步研磨步驟是為了去除切割帶入的損傷，所以第一步研磨砂紙的粒度要根據(jù)試樣表面的粗糙度、切割損傷深度及材料硬度來選擇。待磨面越粗糙，起始砂紙就要越粗[2]。相對較硬的試樣，或者是表面粗糙有明顯的加工印記的試樣，可從240#砂紙磨起，而相對較軟的鑄鐵則可從400#，甚至600#砂紙磨起。中間根據(jù)自身磨制習(xí)慣適當(dāng)減少不必要的砂紙。這樣既可以節(jié)省砂紙，又能提高效率。一般來說，2000#的砂紙砂粒過細(xì)，且很容易磨出劃痕，所以如果不是特別軟的材料或者熟練的磨制手法一般不建議使用。

拿放砂紙時也要注意，不能讓不同型號的砂紙的砂粒附著面接觸，即不能讓砂紙同面相向，以避免磨面磨損，粗細(xì)砂粒相混。盡量按照粗細(xì)順序同向放置、避免相對運動，且拿放砂紙時盡可能只接觸砂紙邊緣，輕拿輕放。

進入比賽場地，首先觀察拋光機轉(zhuǎn)動是否正常，拋光布是否完好，且平整牢固地安裝在轉(zhuǎn)盤上。檢查玻璃板是否平整無破損。發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時告知工作人員，以免耽誤比賽。無誤后擦凈玻璃板，將選好一套砂紙放置在桌面上，細(xì)砂紙在下，粗砂紙在上依次放置，方便使用。

二、磨制

（一）倒角

比賽開始首先要對試樣進行倒角，以免在磨制及拋光時將砂紙或拋光織物劃破。金相大賽會提供80號砂紙用于倒角。倒角時拇指和食指拿住樣品，磨的過程旋轉(zhuǎn)樣品保證倒角均勻美觀，試樣傾斜約30o，倒角寬度為0.5mm～1mm。對于較軟的試樣，適當(dāng)加大倒角寬度，避免在后續(xù)操作中，倒角大量磨損，需要重新倒角，增大工作量。所以可在倒角時適當(dāng)加以壓力磨制，節(jié)約時間，提高效率。

（二）磨制方法

金相磨制是利用砂紙與試樣磨面間的摩擦將試樣磨光的一個過程。磨制時將砂紙平鋪于潔凈的厚玻璃板上，左手按住砂紙，右手握住試樣（食指和拇指抓住試樣，中指彎曲輕貼于試樣一側(cè)，防止試樣轉(zhuǎn)動，但不能給試樣側(cè)壓力），使磨面朝下并與砂紙接觸，在輕微壓力的作用下把試樣向前推磨，用力要均勻，平穩(wěn)緩慢，否則會使磨痕過深，磨面變形，為后續(xù)增加許多不必要的操作。試樣退回時不能與砂紙接觸，要單程單向地反復(fù)進行，直至磨面上舊的磨痕去掉，新的磨面有反光的效果，細(xì)小的磨痕均勻排布且方向一致才能換到下一號更細(xì)的砂紙。每更換一道砂紙都要沖洗雙手和試樣。拿起新砂紙抖干凈上面脫落的砂粒，將試樣旋轉(zhuǎn)90度角后磨制，使新舊磨痕垂直，以利于較快除去變形層。磨制是極易出現(xiàn)劃痕的過程，所以，磨制過程工程中用力不能太大，更不能有敲擊桌面的聲音，以免嵌入異物。使用型號為600及之前的粗砂紙磨制時，可以加一定的壓力以提高效率，越到后面砂紙越細(xì)，用力應(yīng)越輕，否則容易產(chǎn)生劃痕和假象。

（三）磨制技巧

為防止試樣摩擦發(fā)熱變形，推磨試樣不宜過快，或在砂紙上滴加4～5滴清水，既可以防止因溫度過高造成的氧化，也可以減少軟試樣的劃痕，水不宜過多，否則會降低砂紙的磨削效果;為使磨面磨痕方向恒定我們可以利用段絲琦[3]等人劃十字的方法，即在試樣頂部用標(biāo)記筆劃出十字，能夠幫助我們觀測，有效保持磨向恒定。磨制過程中需要時刻注意砂紙上痕跡的有何變化：一般情況下，砂紙上的整個痕跡顏色深淺要一致、寬度和試樣磨面大小相同，沒有弧線痕跡的出現(xiàn)，這樣可以有效保證整個磨面的平整，減少倒棱現(xiàn)象[4];若砂紙上出現(xiàn)條狀的細(xì)線，則表明砂紙上有粗砂粒，應(yīng)即刻抖凈砂紙，沖洗試樣及雙手，避開細(xì)線區(qū)域磨制，試樣磨面有較大劃痕，可從上一號砂紙磨起;若砂紙上出現(xiàn)白色細(xì)小點狀，則表示玻璃板或者桌面上有異物，應(yīng)即可紙巾擦拭砂紙背面和玻璃板，清理桌面抖落異物，避開白色點狀區(qū)域磨制。

磨制結(jié)束后，在明亮的光線下，肉眼觀察的試樣磨面應(yīng)只有一個面、沒有圓角，沒有亮度差異明顯不同的劃痕，即磨面上為均勻同向的細(xì)小磨痕。才能繼續(xù)下一個步驟。

三、拋光

（一）拋光前期