软金属(铝合金)金相试样的制备与组织显示

软金属（铝合金）金相试样的制备与组织显

示

------大纲、实验指导书

大纲

实验学时：4 实验类型：综合

实验所属实验课程：光学分析实验教学模块

实验指导书名称：《材料光学技术实验》实验指导书

相关理论课程名称：材料科学与工程学导论、普通物理、物理化学

撰稿人：**** 日期：2011-6-30

一、目的与任务

重温金相样品的基本制备方法，了解材料比较软的时候，磨光、抛光的技巧；在教师指导下，独立完成一个电木粉镶嵌铝合金样品（1~2%Cu）的制备、组织显示过程。另外，了解耐蚀样品的蚀刻方法，进一步体会浸蚀、擦拭蚀刻方法的技巧和需要。

二、内容、要求与安排方式

⒈实验内容与要求

内容涉及磨光、抛光、蚀刻。

教师简要介绍实验的基本技术基础，注意事项；同学独立完成一个铝合金金相试样的制备、组织显示，包括磨光、抛光、蚀刻、观察。实际的操作如下：为每一位同学准备一个上一届同学在“材料工程基础”实践平台留存在实验室的铝铜合金的镶嵌样品，从400号砂纸开始，磨制3道砂纸；之后抛光，然后进行组织显示的蚀刻。

软金属在磨光过程中的黏着感觉，与碳钢样品有显著区别；特别是在400号以上的细砂纸的磨光操作中尤其明显。同时，镶嵌样品磨面上性质不同的金属材料、镶嵌材料的复杂性，在手感、稳定控制上，与整体金属样品也存在差异。

对于软金属在抛光过程中质量的波动，以及容易造成内部变形层的特点，注意随时检查、关注。

蚀刻的时候，为了使得样品表面蚀刻均匀，要将样品表面倾斜放置在腐蚀液中，便于气泡的逸出；同时，不要一直在培养皿中的同一个位置长时间停留，应当多次转换位置，保证蚀刻液不会出现局部失效。

在实验中熟练操作4X1型显微镜，观察各个阶段样品的表面质量。

同时，在完成铝合金样品制备、组织显示后，检查普通碳钢金相样品的完成情况，保证2个样品观察效果的高质量，为后续数字图像的采集做准备（由教师，在OLYMPUS-CK40M型显微镜上检查、确认）。

对于实际样品不同方向上尺寸相差比较大的镶嵌样品，如何在磨光阶段控制磨面与样品轴线保持垂直，需要同学们在实践中掌握适合各自的技巧手段。

安全使用蚀刻剂，也是本次实验需要特别强调、关注的（培养同学养成良好的工作习惯）。

⒉实验安排方式

固定实验开设的具体时间。可以同时安排一组实验，每组15人左右。

三、场地与设备

⒈实验地点：材料学院中心实验室，金相样品制备实验室，材料楼441，78m2；金相实验室，材料楼420，45m2；

⒉所用设备：预磨机（M-2）10台、抛光机（P-2）10台；金相显微镜（4X1）16台；

⒊消耗性器材：铝合金镶嵌样品，3种规格的水砂纸（200、400、600、800号）、抛光绒布（海军呢）、吸水纸（高品质卫生纸）、抛光膏（2.5w）、混合酸试剂（HF1.0%、HCl1.5%、HNO32.5%、水95%；蚀刻时间为1~5分钟）；常规蚀刻剂（4%的硝酸酒精）、脱脂棉、酒精、显微镜灯泡；

⒋安全：腐蚀的时候，提供必要的防护、操作条件：带有通风橱的腐蚀台，竹夹子、不锈钢镊子、小型培养皿；

⒌磨光设备需要有连续的冷却水供应；同时，磨光设备需要配置有沉淀箱，供冷却水流入下水管道前沉淀磨削产物，避免管道堵塞。

四、考核与成绩评定

⒈考核的内容

根据实验目的、实验内容进行相应的实践技术考核，检查样品的最终观察效果；完成实验报告。

⒉成绩评定的方法

根据同学实验技术掌握的程度、实验报告完成的好坏进行10分制的评判，作为最终平台课程总成绩的一部分。（一般：5~6分；较好：7~8分；出色：9~10分）

五、实验大纲说明

实验中，同学易出现的问题有：样品制备中磨面与样品轴线不垂直、工序转换的掌握不熟悉，评判样品质量好坏缺少经验，样品腐蚀效果的掌握不好，尤其是，软金属样品的抛光过程如何控制力度、平衡，这些，在实验的过程中指导教师应当注意。

实验类型的说明：

操作性实验的定义是：旨在通过某实验环境下的实际操作，使学生按照实验步骤的要求，了解和掌握实验的全过程，了解或理解某类（种）仪器设备的工作原理，掌握或初步掌握该类（种）仪器设备的操作。

可以把综合性实验理解为：实验内容涉及相关的综合知识或运用综合的实验方法、实验手段，对学生的知识、能力、素质形成综合的学习与培养的实验。一般而言，综合性实验的综合特征：实验内容的复合性，实验方法的多元性，实验手段的多样性，人才培养的综合性[6]。

根据上述说明，将本实验定性为：综合性

六、参考资料

[1] GB/T 13298-1991，金属显微组织检验方法[S]．

[2] 姚鸿年．金相研究方法[M]．北京：中国工业出版社，1963.

[3] 沈桂琴．光学金相技术[M]．北京：航空航天大学出版社，1992.

[4] 《彩色金相技术》编写组．彩色金相技术[M]．北京：国防工业出版社，1987.

[5] 国家机械工业委员会统编．金相检验技术基础（初级）[M]．北京：机械工业出版社，1988.

[6] GB/T 3246.2-2000，变形铝及铝合金制品低倍组织检验方法[S]．

[7] GB/T 3246.1-2000，变形铝及铝合金制品显微组织检验方法[S]．

实验指导书

很软或者很硬的材料，其金相样品的制备、组织显示是比较困难的；但，这又是专业同学必须掌握的。

本次软金属金相样品的获取，我们选择的材料是1~2%Cu的Al-Cu合金。其热处理状态有4种：铸态、铸态+固溶处理、铸态+固溶处理+轧制、铸态+固溶处理+轧制+时效。样品很小，无法直接握持，所以，都经过了镶嵌，参看示意图1。

（根据条件，自行添加）

图1 镶嵌样品实例图2 样品在培养皿中蚀刻摆放示意图

铝合金比较而言很软，在样品制备中需要掌握特殊的方式、技巧。由于本次的样品来自于上一届同学《材料工程基础综合实验》环节，已经进行过较多的磨光处理。若直接从200号砂纸开始磨光，容易出现金属样品磨没了的尴尬现象。因此，我们选择3道砂纸磨光：400、600以及800号水砂纸。由于铝合金比较软，在样品制备过程中相应地请注意样品与砂纸之间接触时的黏着感，掌握控制样品平衡的技巧。最初向下用力不要过大，有经验后再逐步加大接触的力度。800号砂纸磨光时，在基本完成前，可以水流加大、用力减轻，近似于漂浮在砂纸上，这样，可以减少砂粒嵌入的机会，减轻样品表面内部损伤层的厚度。同时，样品上应当保持一个方向的划痕。

另外，样品的截面尺寸在不同的方向上有些差异比较大，如果要保持磨面与样品轴线的垂直，需要注意磨光操作过程中的砂纸的磨削方向的控制。建议：为了保证样品在磨光过程中尽量不出现歪斜，请按照图3、图4示意的实线磨削方向进行磨光操作，避免沿虚线示意的方向进行。