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钛及钛合金的金相样品制备

2016-06-16 16:16:00

  钛及钛合金由于其具有低密度、优异的强度与重量比、良好的耐腐蚀性和高的机械强度。所以其商业应用已经有50余年的历史。其缺点是钛及钛合金的生产成本非常昂贵。钛和铁一样具有同素异构转变,像钢一样,钛也可以进行热处理。而合金元素对低温的α相和高温的β相的稳定性都有一定的影响作用。在常温下,钛及钛合金其稳定相以含合金α、α-β和β相存在,另外两种相是:近α和近β相。

  钛及钛合金的金相样品制备比钢更困难,其磨光和抛光效率非常低。过度剧烈的切割和磨光过程都会在α相中产生形变孪晶。对于纯度相对较高的纯钛采用冷镶嵌的方法比热压力镶嵌更为适合,因为热压力镶嵌有可能改变纯钛中氢元素的含量和分布。特别对于纯钛而言,在样品制备过程中想要去除划痕和塑性流变非常困难。

  在早期的机械抛光工艺相当耗时,而且几乎所有的机械抛光方法在最后一步或最后两步抛光过程中使用含有侵蚀剂的抛光液。电解抛光的方法往往能够得到较好的抛光表面。但是在电解抛光过程中电解液存在着一定得危险,这些电解液也具有一些化学抛光的作用。

  二十世纪70年代和80年代,钛及钛合金的机械抛光方法仍旧延续着老的抛光方法,Springer 和Ahmed在1984年首次发表了关于钛及钛合金的抛光方法文章。

  这就是三步的样品抛光方法,假设使用p400金相砂纸来完成样品的磨平工序,但是情况可能不一定总是这样。如果样品切割时使用的是超薄的切割片或者是粘接强度合适的砂轮切割片,其切割表面平整且其损伤层最小,这时可以使用p400金相砂纸来完成样品的磨平工序。如果切割后的表面粗糙且损伤层较大,例如:使用带锯切割就可能产生这样的结果,此时就必须使用颗粒更粗的砂纸和花费一定的时间来去除损伤层。

Springer 和Ahmed使用的钛及钛合金的抛光方法,具体如下:

  1,磨平,使用p400金相砂纸水冷,磨制2~3分钟,去除切割产生的损伤层,并使样品表面平坦。

  2,粗抛光,把9μm的三灵金刚石抛光膏预先涂抹在平绒抛光布上,使用蒸馏水做为冷却润滑剂,抛光10~15分钟。

  3,最终抛光,使用丝绸抛光布,添加纳米氧化铝悬浮抛光液,抛光10~15分钟。

  但是,非常遗憾的是,他们在文章中并未提到在每步过程中,样品上的压力、抛光盘转速和抛光盘旋转方向等参数。此后G. Müller开发了钛合金的三步抛光方法,如果切割后的样品损伤层最小且切割表面平坦,仅仅通过三步就可以完成抛光过程。例如:在样品夹持器上同时夹持6个直径30mm(1.25英寸)样品:

  1,P500金相砂纸水冷却,转速300 rpm、每个样品上的压力16.7N(3.75lb)、制备时间所有样品磨平为止。

  2,P1200金相砂纸水冷却,转速300 RPM、每个样品上的压力16.7N(3.75lb)、制备时间30S。

  3,使用人工合成无绒毛抛光布+含有化学腐蚀剂的二氧化硅悬浮抛光液,抛光机转速150 RPM,抛光时间:每个样品上压力 33N(7.5lb)10分钟,每个样品上压力 16.7N(3.75lb)2分钟,每个样品上压力 8N(2lb)1分钟。

  4,抛光剂成分:260ml SiO2+40ml H2O2 (浓度30%),1mlHNO3 + 0.5mL HF。

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