随着现代科学技术的不断发展,彩色金相以其色彩艳丽、辨别能力高的突出优点,逐渐显现出替代黑白金相的趋势。 与传统黑白金相不同,彩色金相是利用化学或物理的方法,在试样表面形成一层具有特殊性质的薄膜。利用光的薄膜干涉效应,使得金属及合金的显微组织呈现出不同的颜色,再通过颜色衬度去识别显微组织结构。
本文中展示的彩色金相图片均为电化学刻蚀沉积法制作,这里简要介绍一下其研制技术。 制样过程与传统金相方法基本相同主要为以下几个步骤,但是研磨与抛光要求更为精细。 精磨:1000-1200号砂纸 抛光:抛光膏粒度W1或W1.5;尼龙花呢作抛光布,不宜用带长毛的呢料;试样抛光后不可冲洗,靠余热自然干燥光亮; 染色:染色前后均不必用棉花擦洗,将水和酒精甩掉用风筒吹干; 预腐蚀:染色前进行,可减免表面变形层及污渍的影响,增加表面活性,加快染色速度。 常用的染色剂及其用途如下表所示: 表中试剂主要是以亚硫酸钾、硫代硫酸钠为主要成分配制,为了在金属表面形成金属的硫化物、亚硫酸盐或硫酸盐薄膜。 此类膜优点:较稳定、良好的反光能力、产生不同的色彩。 在水溶液中电化学反应通式为: 阳极区:金属原子失去电子成为正离子,正离子与试剂提供的阴离子结合形成化合物 阴极区:阳极放出的电子被吸收 染色方法: 1)滴注:将配制好的试剂装入滴瓶,滴注到待染色试样表面,经过一定时间用水及酒精冲洗吹干;可多次使用不受试样污染。 2)浸入法:将试剂浸入到染色剂中,达到所需色彩时取出冲洗吹干。 染色温度:温度在18-30℃之间皆可达到较好的染色效果;低于18或者高于30℃都容易出现假现象或膜裂。 染色时间:与染色试剂种类、使用期限及温度相关。 试剂使用期限:同一试剂使用期限长短随温度变化,高温下容易失效,低温均可使用较长时间。 下表展示的是上述不同试剂的染色时间与使用期限: 要达到理想的染色效果主要不是控制染色时间,而是控制染色过程中颜色变化。需要细心观察色调的变化,达到所需要色彩时立刻冲洗吹干。 常用染色剂色彩变化及需要控制的色彩如下表所示: 试剂作用时间过长或过短,组织既不清晰,颜色也不鲜艳,而当试剂作用到某一适当时刻,组织的清晰度和颜色则会同时达到最佳状态。最佳状态的出现就是染色剂蚀刻和沉积的综合作用结果,蚀刻使试样表面腐蚀掉一些,沉积为试样表面增添一层薄膜,当膜厚和蚀刻深度适当时,颜色与组织清晰度均呈现最佳状态。 严格控染色过程中的色调,染后同种相的颜色基本一致。 碳钢:含碳量≤2.0%的铁碳合金,实际应用的碳钢含碳量≤1.3%。 低碳钢以20钢为例 中碳钢以45钢为例: 高碳钢以60、70钢为例 低合金结构钢是在碳素结构钢的基础上加入少量合金元素发展起来的,加入的合金元素主要以Mn为主,组织为铁素体+珠光体(或贝氏体)。 铸铁又名生铁,是一种多组元的铁碳合金,含碳量高于钢。 这类钢成分上低碳,具有较好的冷、热变形和焊接等公益性能,在500-600℃高温下有较好的抗蠕变能力和持久强度,具有一定的抗氧化性。相组织为铁素体和碳化物两个相。 这类钢是低、中合金钢,所加元素仍以铬、钼、钒为主。热处理一般是正火、回火或淬火、高温回火处理,得到回火索氏体、回火贝氏体或回火马氏体组织。 铸钢和铸铁都是通过将材质熔化,浇注入预先制备好的铸型中制成的机器零件的初形。而铸钢的钢种是通过锻压方法成型的。大型铸钢件目前大多采用正火加回火作为最终热处理,其组织一般是贝氏体或珠光体+铁素体。 高合金马氏体钢属于高铬钢,具有较好的耐腐蚀性和耐热性,这类钢在退火状态下的组织是铁素体+碳化物,在经过适当热处理后具有马氏体组织,其使用状态通常是进行淬火+高温回火,具有索氏体组织,有时也有少量铁素体出现。 奥氏体钢的热强性和耐腐蚀性很高,18%Cr+8%Ni是奥氏体钢的典型成分,这样的配合使组织稳定性和耐腐蚀性都达到较高水平。奥氏体钢的平衡组织使奥氏体+铁素体+碳化物的复相组织,实际单相奥氏体使通过淬火进行固溶热处理得到的。 铜合金有单相黄铜H68和双相黄铜H62.单相黄铜组织为锌溶于铜中的α固溶体,双相黄铜由化合物CuZn(β)和α固溶体组成。
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