试样制备主要阶段— 磨平、磨光、抛光
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Institute for Microstructural Analysis
磨料颗粒大小 与 头发直径 的比较
Institute for Microstructural Analysis
磨料粒度对照表
磨料粒度对照表
美国标准 (ANSI / CAMI) 180 240 320 400 600 800 1200
Institute for Microstructural Analysis
欧洲标准 (FEPA P) 180 P280 P400 P600 P1200 P1500 P2500
平均粒度 (µm) 78 52 34 23 15 12 7
美国和欧洲磨料粒度标准 制订原则的差异
• 美国标准的磨料粒度分布曲线较宽. 与欧洲标准 的相应曲线相比,前者在较小的压力下,使材料去 除得以较快进行,产生的热较少,变形损伤也较小. 然而, 磨痕深度的范围也会更宽, 但是可以在下 一道工序中去除. 美国标准的考虑主要是: 在某 一特定磨光工序后,对组织产生较小的损伤要比 表面质量更为重要. 因为正是试样中的残余损伤 使得在制备终结时不能看到其真实组织.
高放大倍率下的Ultra-Plan磨片(明视场照明,200X) （白色颗粒为嵌在不锈钢丝网上的金刚石磨料）
Institute for Microstructural Analysis Analysis
Integrity Stage
Brian Bousfield 提出 将磨光阶段改称为无损伤阶段, 以区别于传统概念上定义比较 含糊的“磨光”
研磨过程 示意图
Institute for Microstructural Analysis
抛
光
Polishing
Institute for Microstructural Analysis
抛光的定义和目的
坐落在织物绒毛上的磨料颗粒 在抛光过程中遇到试样时能够上下起落 使作用在试样表面的应力 低于产生材料去除所需的应力 因此不会产生材料去除 它只能使试样表面产生塑性流变 而将磨痕去除 抛光的目的仅限于将磨痕去除 Institute for Microstructural Analysis
关于抛光过程中 磨痕的去除机制
目前还没有一致的观点 争论焦点集中在:
抛光时有没有材料去除
Institute for Microstructural Analysis
抛光的定义和目的
坐落在抛光织物绒毛上的磨料颗粒 在抛光过程中能够上下起落,使其作用 在试样表面上的应力不足以产生磨痕, 它以不同于磨光时的材料去除机制 将磨痕去除． 抛光是试样制备的最后阶段,它的 目的仅限于将磨痕去除。
Institute for Microstructural Analysis
碳化硅砂纸磨光时磨料的逐渐降解
三种硬度不同的试样磨光时,损伤层深度逐渐减小,经过一 定时间达到最低值,如果继续磨光,由于磨料的迅速降解,损 伤层再度增大.因此,在砂纸上的磨光时间不应超过特性曲 线的最低点.
Institute for Microstructural Analysis
延性材料 及 脆性材料
在制备过程中 材料去除机制 的 不同和变化
Institute for Microstructural Analysis
无损伤(磨光)阶段 完成的标志
为了确认试样是否已完成 无损伤(磨光)阶段， 应当在抛光前 用显微镜在暗视场照明条件下 检查磨痕是否
Institute for Microstructural Analysis
Institute for Microstructural Analysis Analysis
抛 光 过 程 示 意 图
Institute for Microstructural Analysis
两种常用抛光织物
的
磨光过程 示意图
Institute for Microstructural Analysis
良好的磨痕形貌 (明视场照明,100X) （含0.37%C碳钢用SiC砂纸磨1分钟）
Institute for Microstructural Analysis
不好的磨痕形貌 (明视场照明,100X) （含0.37%C碳钢用SiC砂纸磨3分钟）
合理制备步骤示意图
(减少附加损伤)
Institute for Microstructural Analysis
传统试样制备方法 的其它缺点: 1.工序繁多, 辅助操作时间长 2.使用砂纸的工序多,而砂纸 的使用寿命却相当短
Institute for Microstructural Analysis
保持良好的形貌
不同材料金相试样制备时 材料去除量比较
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Al (183 HV)
Institute for Microstructural Analysis
Total Removal (mm)
Stainless steel (168 HV)
Steel (710 HV)
Institute for Microstructural Analysis
先进试样制备的三个阶段
1. 磨平阶段— 使固定在中心加载夹持器上的 多块试样处于同一平面
2. 无损伤(磨光)阶段— 去除试样表面的变形损伤, 使其不影响观察到试样的真实组织
3. 抛光阶段— 去除残余的微细磨痕
Institute for Microstructural Analysis
Institute for Microstructural Analysis
退火高纯铜抛光表面在6微米金刚石制备表面上 自右至左磨一小段行程 (SEM)
(左图)磨屑终止在一条磨痕的末端, 7000X (右图)鳍状物产生在磨痕的一侧,一部分已经脱离磨痕, 7000X
Institute for Microstructural Analysis
SiC 砂纸的使用特性
Institute for Microstructural Analysis
新型制备表面的使用特性
(使用金刚石磨料)
Institute for Microstructural Analysis
磨平阶段使用的 新型制备表面
Buehler ULTRA-PLAN 不锈钢丝编织物 使用水基金刚石悬浮液 喷洒在编织物上, 用于硬材料
Institute for Microstructural Analysis
磨光的目的
使试样表面的变形损伤逐渐减小直到 理论上为零,即达到了无损伤. 实际 操作时,只要使变形损伤减小到不会 影响观察到试样的真实组织就可以了. 只有电解法(又称电解抛光)才有可能 将试样表面的变形损伤全部去除。
Institute for Microstructural Analysis
研磨的定义和目的
1. 坐落在制备表面上的磨料颗粒 会在试样表面滚动并产生材料去除, 所造成的变形损伤小于磨光时造成的变形损伤.
2. 研磨后的表面无光泽,呈漫反射.
3. 研磨只适用于脆性材料, 一定不可用于延性材料, Institute for Microstructural Analysis 以免磨料嵌入试样表面 .
Institute for Microstructural Analysis Analysis
没有使用过的碳化硅砂纸横截面显微组织
(正交偏振光+灵敏色片,100X)
Institute for Microstructural Analysis
使用过1分钟的碳化硅砂纸横截面显微组织
(正交偏振光+灵敏色片,100X)
Institute for Microstructural Analysis
碳化硼 (DIC照明,500X)
即使未经热腐蚀也可将晶粒组织包括孪晶显示出
Institute for Microstructural Analysis
研
磨
Lapping
Institute for Microstructural Analysis
直径25mm铝的不同制备阶段,材料去除量百分比,总去除量1mm 其中: 240#砂纸(50微米)93.83%, 9微米金刚石3.84%, 3微米金刚石2.32%, 抛光0.02%
Institute for Microstructural Analysis
不锈钢 (明视场照明,200X)
用3微米金刚石磨光后在明视场下看不到磨痕的形貌
Institute for Microstructural Analysis Analysis
无损伤阶段
磨
光
Grinding
Institute for Microstructural Analysis
磨光的定义
固定在某种基底（例如砂纸的纸基） 上的磨料颗粒以高应力划过试样表面, 以产生磨屑的形式产生材料去除, 在试样表面留下磨痕并形成具有 一定深度的变形损伤层.
Institute for Microstructural Analysis
磨料平均粒度相同但粒度分布曲线宽度不同示意图
Institute for Microstructural Analysis
碳化硅砂纸的缺点
尽管碳化硅砂纸已经成功地使用了 多年,但是它的使用寿命相当短,特别 是当使用半自动磨光机时,一张砂纸 只能使用1-2分钟,甚至不足以完成 装在一个试样夹持器上的多块试样的 一道工序,从而给试样制备带来不便.
Institute for Microstructural Analysis
延性材料和脆性材料
材料去除机制的ຫໍສະໝຸດ Baidu较
延性材料 Institute for Microstructural Analysis
脆性材料
退火高纯铜抛光表面在600#SiC砂纸上自右至左 磨一小段行程 (SEM)
(左图)磨屑终止在一条磨痕的末端, 1120X (右图)鳍状物产生在磨痕的一侧,一部分已经脱离磨痕, 560X
先进试样制备方法的特点
磨平阶段只需一道工序
无损伤（磨光）阶段 只需1至3 道工序 抛光阶段只需一道工序
Institute for Microstructural Analysis
磨
平
Plane Grinding
Institute for Microstructural Analysis
使装在中心加载 试样夹持器上的试样 在最短时间内 都处于同一平面的工序.
Institute for Microstructural Analysis
磨平工序使用的砂纸
1. 用砂轮片切割的试样,通常可用 180号(平均粒度78 µm)或240号 (平均粒度51.8 µm)的碳化硅砂纸 2. 用手锯切割的试样,其表面比较 粗糙,应当使用120号(平均粒度 116 µm)至180号的砂纸.
Institute for Microstructural Analysis
不锈钢 (暗视场照明,200X)
用3微米金刚石磨光后,磨痕的形貌在暗视场下清晰可见
Institute for Microstructural Analysis
碳化硼 (明视场照明,500X)
(脆性材料磨光时在显微镜下看到的小黑点,都是材料崩脱时 形成的微洞,微洞尺寸的减小就是朝向无损伤进展的判据)
Institute for Microstructural Analysis
Ultra-Plan 磨光用制备表面的显微组织(明视场照明,50X)
（不锈钢钢丝网粘接在聚脂薄膜基底上,使用9-15微米 金刚石磨料, 用于无损伤阶段第一道工序）
Institute for Microstructural Analysis Analysis
Institute for Microstructural Analysis
碳化硼 (明视场照明,500X)
随着磨料尺寸的减小,白色区域扩大且出现细磨痕,说明变形机制已变为滑移变形
Institute for Microstructural Analysis
碳化硼 (明视场照明,500X)
(制备过程已接近完善,黑点非常细小)
试样制备的
主要阶段
Institute for Microstructural Analysis
传统试样制备步骤及所用术语
Institute for Microstructural Analysis
传统制备步骤的缺点—增加附加损伤
Institute for Microstructural Analysis
磨料颗粒大小 与 头发直径 的比较
Institute for Microstructural Analysis
磨料粒度对照表
磨料粒度对照表
美国标准 (ANSI / CAMI) 180 240 320 400 600 800 1200
Institute for Microstructural Analysis
欧洲标准 (FEPA P) 180 P280 P400 P600 P1200 P1500 P2500
平均粒度 (µm) 78 52 34 23 15 12 7
美国和欧洲磨料粒度标准 制订原则的差异
• 美国标准的磨料粒度分布曲线较宽. 与欧洲标准 的相应曲线相比,前者在较小的压力下,使材料去 除得以较快进行,产生的热较少,变形损伤也较小. 然而, 磨痕深度的范围也会更宽, 但是可以在下 一道工序中去除. 美国标准的考虑主要是: 在某 一特定磨光工序后,对组织产生较小的损伤要比 表面质量更为重要. 因为正是试样中的残余损伤 使得在制备终结时不能看到其真实组织.
高放大倍率下的Ultra-Plan磨片(明视场照明,200X) （白色颗粒为嵌在不锈钢丝网上的金刚石磨料）
Institute for Microstructural Analysis Analysis
Integrity Stage
Brian Bousfield 提出 将磨光阶段改称为无损伤阶段, 以区别于传统概念上定义比较 含糊的“磨光”
研磨过程 示意图
Institute for Microstructural Analysis
抛
光
Polishing
Institute for Microstructural Analysis
抛光的定义和目的
坐落在织物绒毛上的磨料颗粒 在抛光过程中遇到试样时能够上下起落 使作用在试样表面的应力 低于产生材料去除所需的应力 因此不会产生材料去除 它只能使试样表面产生塑性流变 而将磨痕去除 抛光的目的仅限于将磨痕去除 Institute for Microstructural Analysis
关于抛光过程中 磨痕的去除机制
目前还没有一致的观点 争论焦点集中在:
抛光时有没有材料去除
Institute for Microstructural Analysis
抛光的定义和目的
坐落在抛光织物绒毛上的磨料颗粒 在抛光过程中能够上下起落,使其作用 在试样表面上的应力不足以产生磨痕, 它以不同于磨光时的材料去除机制 将磨痕去除． 抛光是试样制备的最后阶段,它的 目的仅限于将磨痕去除。
Institute for Microstructural Analysis
碳化硅砂纸磨光时磨料的逐渐降解
三种硬度不同的试样磨光时,损伤层深度逐渐减小,经过一 定时间达到最低值,如果继续磨光,由于磨料的迅速降解,损 伤层再度增大.因此,在砂纸上的磨光时间不应超过特性曲 线的最低点.
Institute for Microstructural Analysis
延性材料 及 脆性材料
在制备过程中 材料去除机制 的 不同和变化
Institute for Microstructural Analysis
无损伤(磨光)阶段 完成的标志
为了确认试样是否已完成 无损伤(磨光)阶段， 应当在抛光前 用显微镜在暗视场照明条件下 检查磨痕是否
Institute for Microstructural Analysis
Institute for Microstructural Analysis Analysis
抛 光 过 程 示 意 图
Institute for Microstructural Analysis
两种常用抛光织物
的
磨光过程 示意图
Institute for Microstructural Analysis
良好的磨痕形貌 (明视场照明,100X) （含0.37%C碳钢用SiC砂纸磨1分钟）
Institute for Microstructural Analysis
不好的磨痕形貌 (明视场照明,100X) （含0.37%C碳钢用SiC砂纸磨3分钟）
合理制备步骤示意图
(减少附加损伤)
Institute for Microstructural Analysis
传统试样制备方法 的其它缺点: 1.工序繁多, 辅助操作时间长 2.使用砂纸的工序多,而砂纸 的使用寿命却相当短
Institute for Microstructural Analysis
保持良好的形貌
不同材料金相试样制备时 材料去除量比较
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Al (183 HV)
Institute for Microstructural Analysis
Total Removal (mm)
Stainless steel (168 HV)
Steel (710 HV)
Institute for Microstructural Analysis
先进试样制备的三个阶段
1. 磨平阶段— 使固定在中心加载夹持器上的 多块试样处于同一平面
2. 无损伤(磨光)阶段— 去除试样表面的变形损伤, 使其不影响观察到试样的真实组织
3. 抛光阶段— 去除残余的微细磨痕
Institute for Microstructural Analysis
Institute for Microstructural Analysis
退火高纯铜抛光表面在6微米金刚石制备表面上 自右至左磨一小段行程 (SEM)
(左图)磨屑终止在一条磨痕的末端, 7000X (右图)鳍状物产生在磨痕的一侧,一部分已经脱离磨痕, 7000X
Institute for Microstructural Analysis
SiC 砂纸的使用特性
Institute for Microstructural Analysis
新型制备表面的使用特性
(使用金刚石磨料)
Institute for Microstructural Analysis
磨平阶段使用的 新型制备表面
Buehler ULTRA-PLAN 不锈钢丝编织物 使用水基金刚石悬浮液 喷洒在编织物上, 用于硬材料
Institute for Microstructural Analysis
磨光的目的
使试样表面的变形损伤逐渐减小直到 理论上为零,即达到了无损伤. 实际 操作时,只要使变形损伤减小到不会 影响观察到试样的真实组织就可以了. 只有电解法(又称电解抛光)才有可能 将试样表面的变形损伤全部去除。
Institute for Microstructural Analysis
研磨的定义和目的
1. 坐落在制备表面上的磨料颗粒 会在试样表面滚动并产生材料去除, 所造成的变形损伤小于磨光时造成的变形损伤.
2. 研磨后的表面无光泽,呈漫反射.
3. 研磨只适用于脆性材料, 一定不可用于延性材料, Institute for Microstructural Analysis 以免磨料嵌入试样表面 .
Institute for Microstructural Analysis Analysis
没有使用过的碳化硅砂纸横截面显微组织
(正交偏振光+灵敏色片,100X)
Institute for Microstructural Analysis
使用过1分钟的碳化硅砂纸横截面显微组织
(正交偏振光+灵敏色片,100X)
Institute for Microstructural Analysis
碳化硼 (DIC照明,500X)
即使未经热腐蚀也可将晶粒组织包括孪晶显示出
Institute for Microstructural Analysis
研
磨
Lapping
Institute for Microstructural Analysis
直径25mm铝的不同制备阶段,材料去除量百分比,总去除量1mm 其中: 240#砂纸(50微米)93.83%, 9微米金刚石3.84%, 3微米金刚石2.32%, 抛光0.02%
Institute for Microstructural Analysis
不锈钢 (明视场照明,200X)
用3微米金刚石磨光后在明视场下看不到磨痕的形貌
Institute for Microstructural Analysis Analysis
无损伤阶段
磨
光
Grinding
Institute for Microstructural Analysis
磨光的定义
固定在某种基底（例如砂纸的纸基） 上的磨料颗粒以高应力划过试样表面, 以产生磨屑的形式产生材料去除, 在试样表面留下磨痕并形成具有 一定深度的变形损伤层.
Institute for Microstructural Analysis
磨料平均粒度相同但粒度分布曲线宽度不同示意图
Institute for Microstructural Analysis
碳化硅砂纸的缺点
尽管碳化硅砂纸已经成功地使用了 多年,但是它的使用寿命相当短,特别 是当使用半自动磨光机时,一张砂纸 只能使用1-2分钟,甚至不足以完成 装在一个试样夹持器上的多块试样的 一道工序,从而给试样制备带来不便.
Institute for Microstructural Analysis
延性材料和脆性材料
材料去除机制的ຫໍສະໝຸດ Baidu较
延性材料 Institute for Microstructural Analysis
脆性材料
退火高纯铜抛光表面在600#SiC砂纸上自右至左 磨一小段行程 (SEM)
(左图)磨屑终止在一条磨痕的末端, 1120X (右图)鳍状物产生在磨痕的一侧,一部分已经脱离磨痕, 560X
先进试样制备方法的特点
磨平阶段只需一道工序
无损伤（磨光）阶段 只需1至3 道工序 抛光阶段只需一道工序
Institute for Microstructural Analysis
磨
平
Plane Grinding
Institute for Microstructural Analysis
使装在中心加载 试样夹持器上的试样 在最短时间内 都处于同一平面的工序.
Institute for Microstructural Analysis
磨平工序使用的砂纸
1. 用砂轮片切割的试样,通常可用 180号(平均粒度78 µm)或240号 (平均粒度51.8 µm)的碳化硅砂纸 2. 用手锯切割的试样,其表面比较 粗糙,应当使用120号(平均粒度 116 µm)至180号的砂纸.
Institute for Microstructural Analysis
不锈钢 (暗视场照明,200X)
用3微米金刚石磨光后,磨痕的形貌在暗视场下清晰可见
Institute for Microstructural Analysis
碳化硼 (明视场照明,500X)
(脆性材料磨光时在显微镜下看到的小黑点,都是材料崩脱时 形成的微洞,微洞尺寸的减小就是朝向无损伤进展的判据)
Institute for Microstructural Analysis
Ultra-Plan 磨光用制备表面的显微组织(明视场照明,50X)
（不锈钢钢丝网粘接在聚脂薄膜基底上,使用9-15微米 金刚石磨料, 用于无损伤阶段第一道工序）
Institute for Microstructural Analysis Analysis
Institute for Microstructural Analysis
碳化硼 (明视场照明,500X)
随着磨料尺寸的减小,白色区域扩大且出现细磨痕,说明变形机制已变为滑移变形
Institute for Microstructural Analysis
碳化硼 (明视场照明,500X)
(制备过程已接近完善,黑点非常细小)
试样制备的
主要阶段
Institute for Microstructural Analysis
传统试样制备步骤及所用术语
Institute for Microstructural Analysis
传统制备步骤的缺点—增加附加损伤
Institute for Microstructural Analysis