金相制样技巧

关于切割：

根据一块材料的尺寸或形状，可能需要对材料加以分割。为了方便和加速后续制备过程，要求切割面为平面并且尽可能减少变形。

因此，最合适的分割方法是磨料湿切法，相对于所需时间而言，这种切割方法的损伤程度最低。

注：所取试样必须能够代表其母料的特性。

磨料湿切法

磨料湿切法采用切割轮进行切割，切割轮含磨料和粘合剂。切割时，用冷却液冲洗切割轮，以防试样因摩擦热而受损。另外，冷却液还可清除切割区域的切屑。

切割轮的选择

切割试样砂轮片选择范围

被切割材料硬度HV 磨料砂轮基底

有色金属30-400 SiC 树脂基

钢铁及合金钢85-1400 Al2O3 树脂基

陶瓷800-2000 金刚石树脂基

矿石、陶瓷800-2000 金刚石金属基

根据需要切割的材料，可能需要选用含不同成分的切割轮。切割轮的选择还会受到材料硬度和韧性的影响。陶瓷或硬质合金材料的分割需选用由金属或酚醛塑料粘合剂粘合而成的金刚石切割轮。

采用酚醛塑料粘合剂粘合的氧化铝 (Al

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) 切割轮是黑色金属材料切割的典型

选择。立方氮化硼（CBN）也在越来越多地应用于更高硬度黑色金属材料的切割。有色金属切割应选择由酚醛塑料粘合剂粘合的碳化硅 (SIC) 切割轮。

切割轮的设计

切割轮的设计中除了需考虑磨粒外，还应考虑金刚石/ CBN 切割轮与 SiC/Al

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切割轮之间的差别。因磨粒硬度极高并采用了耐用型粘合剂固定磨粒，金刚石/CBN 切割轮的性能十分持久。金属磨盘周边（连续轮缘）只粘了薄薄的一层磨

料。这些切割轮属于长期自耗切割轮。SiC 和 Al

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, 等其他磨料，磨损速度相

对较快，价格相对低廉。因此，切割轮的整个主体由磨料和粘合剂组成。这种切割轮被称为自耗切割轮。

关于镶样

将试样嵌入树脂中，可方便试样的搬运并改善制备结果。要求有完美边角保护或材料层保护的试样必须镶样。

注：为了获得最佳制备结果，镶样前应对试样进行清理。试样表面不得带有油污或其他污染物，以确保树脂对试样的最佳粘附力。

镶样方法

镶样方法共有两种：热压镶样法（也叫热镶法）和冷镶法。这两种镶样方法可用来执行不同的任务。另外，还有几种树脂可供选择。

镶样方法的选择

根据试样数量及质量要求的不同，这两种镶样方法各有所长。

∙当实验室不断有大量试样需要制备时，热镶法是理想的选择。热镶法具有质量高、尺寸外形统一、制备时间短等特点。

∙冷镶法适于在实验室有大量不同类型的试样需要同时处理及需要处理单个试样时选用。一般来说，热镶树脂价格比冷镶树脂低。但是，热镶时需要使用镶样机。某些冷镶树脂可用于真空浸渍。

关于磨抛

制备方法是采用晶粒度连续变小的磨料、通过机械方式从试样表面去除材料的一系列步骤。一种制备方法通常由以下步骤组成：

∙粗磨，PG

∙精磨，FG

∙金刚石抛光，DP

氧化物抛光，OP

粗磨，PG：

为了获得较高且一致的材料去除率、缩短研磨时间并获得最高平面度，宜采用晶粒度较大的全固结磨粒。粗磨时应采用 MD-Primo 或 MD-Piano。它们可制备出具有完美平面度的试样，从而缩短后续精磨步骤的制备时间。另外，MD-Primo 和 MD-Piano 还具有很好的边角保护效果。 MD-Primo 含有碳化硅，适用于研磨硬度为 150 HV 以下的软质材料。 MD-Piano含有金刚石，适用于研磨硬度为 150 HV 或以上的材料。 MD-Primo 和 MD-Piano 均基于树脂粘合式磨粒。在磨损过程中，新的磨粒不断露出，确保材料去除量始终一致。

精磨，FG：

使用晶粒度为 15 微米、9 微米和 6 微米的磨粒，可获得较高的材料去除率。精磨采用 MD-Allegro 和 MD-Largo 磨盘。 MD-Allegro和MD-Largo均为硬质复合磨盘（刚性磨盘），表面由一种特殊复合材料制成，可使连续供应的金刚石晶粒嵌入表面，发挥精磨作用。这些磨盘可帮助您获得非常平整的试样表面。MD-Allegro 和 MD-Largo 将所有精磨作业融入一个步骤完成，从而取代了必须不断更换研磨纸并造成很大浪费的研磨纸精磨法。研磨过程中必须在试样上施加较大的作用力，以获得更大尺寸的切口。

抛光，DP：

抛光过程中要求较小的切口尺寸，以最终获得无划痕、无变形的试样表面。抛光采用 MD-Mol 或 MD-Nap 等弹力更大的抛光布，配以 3 微米或1微米等更小的晶粒度，可使切口尺寸接近于零。抛光过程中降低对试样的作用力，也会减小切口尺寸。

抛光

抛光为制备过程的最后步骤。通过晶粒度的递减和抛光布弹力的递增，抛光可消除精磨过程中留下的所有变形和划痕。抛光的风险在于，抛光布的弹性会造成浮凸和边角修圆等缺陷。尽可能缩短抛光时间，可减少这些缺陷。

机械试样制备的基本过程是采用磨料去除材料。材料去除共有三种机制，在此按其引发变形的能力加以排列。

精磨

在精磨过程中，磨料被掺入悬浮液用于硬质表面的研磨。磨粒不会被压入表面而是留在表面上，因此可以朝各个方向滚动。磨粒会敲击并使试样表面的微小颗粒脱落，造成纵深变形，原因是自由移动的磨粒不能产生试样表面的真正“切口”。（见下图）。因此，精磨过程中的去除率（某一特定时段内材料的去除量）很低，研磨持续时间很长。对于软质材料，磨粒常常会被挤压并牢牢地嵌入试样表面。在材料微观结构试样制备中，纵深变形和嵌入颗粒都是制备人员极不愿意看到的缺陷。由于上述原因，精磨仅适于在制备陶瓷和矿物试样等硬度和脆性很高的材料时使用。

以滚动方式通过试样表面的磨粒有三种位置。

位置 1:磨粒进入试样表面。

位置 2:磨粒在试样表面上方滚过并敲下一块试样材料。这种“敲击效应”会导致试样材料严重变形。

位置 3:磨粒滚动但未接触试样表面。当磨粒再次通过试样时，根据颗粒的形状，会敲下一块尺寸更小或更大的试样材料。

研磨

研磨是一个使用固结磨粒去除材料的过程，其间会产生试样材料切口。（见下图）。