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金相 / 材相 用于信息完整的样品的机器和设备

金相是探求金属的结构。然而如今,更倾向于使用“材相”的描述,这是因为大量复合物质的出现比如其它材料(陶瓷/金属系统,金属/塑料系统)的发展。金相也即材相的应用主要分布在质量控制,失效分析以及研发等领域。

金相 / 材相 对于提供信息的样品共有6个步骤

金相换言之材相的目的之一是为了通过宏观&微观程序来弄清材料的结构。即使金属展现出晶体结构-与非金属晶体比如石英岩晶体以同样的方式-其特征可以定性和定量地确定。
为了能够检测材料并得到关于其质量的满意的结论,样品的研磨&抛光是金相换言之材相的一个重要初始步骤。这个适宜于宏观和/或微观观测的无划痕步骤必须具有代表性的、边缘清晰和平整的材料表面以便于观察,从而清楚地识别其结构。因此,很必要在材料的制备中不出现划痕、意外的破碎、外来物质或形变。制备通常有6个步骤:切割,镶嵌,研磨,抛光,浸蚀和显微观察。最后,样品通过宏观或微观显微镜以及硬度测试进行评估,如需要的话。 切割 第一个步骤是通过切割机(比如Brillant系列湿式砂轮切割机)从材料中切割出要被测试/检查的样品,为此相应的夹具被设计出来以便在目标位置实现夹持。如果试样足够大,可以装夹后直接用夹具进行磨抛,无需进一步的制备。
特殊夹具
需要被牢牢固定在切割机切割室内的材料种类和几何尺寸几乎是数不清的。除了标准的分类,针对一些奇特的样品,会有特殊的夹具,一个例子是用于CFK, GFK 或钛切割的脉冲夹持系统。

镶嵌

另一方面小尺寸的样品,不得不先进行镶嵌以便后续进行处理或保护边缘,此时可以采用冷镶嵌或热镶嵌程序。在后面的情形,样品在一个叫做镶嵌机的设备中进行镶嵌-这里称为热镶嵌机,即你所知道的“Opal“系列。在这个过程期间,样品被特殊的塑料颗粒包裹(各种Duro或热塑性塑料), 之后通过热和液压压合在一起。使用这种方式意味着材料被完全包裹在塑料中,因此可以就绪用于后面的金相制备步骤。 研磨抛光 为了使晶体结构显现出来,样品表面必须先进行研磨,之后抛光。 研磨&抛光过程采用同一种设备;可以通过手动,比如在预磨单元上进行预磨 (”Jade“), 或者反之自动化进行-这在如今的金相实验室中更为常见。相比于手动磨抛,在自动磨抛的情形中,样品被固定在试样夹具中并通过磨抛头(“Rubin“)按压到研磨介质 (砂纸, 磨盘等) 上。磨抛介质实际上固定在工作盘上。接下来是一系列研磨步骤,每一个新步骤使用更细些的研磨介质来一步步接近需要级别的抛光表面。每一个研磨步骤后,样品需要被旋转90(手动时),以去除上一个研磨介质留下的划痕。在整个过程中,润滑&冷却液确保样品被冷却并被冲走废屑。在步骤间,样品需要用水和酒精进行常规清洗,以保证来自于前序步骤的废屑和粗磨颗粒不会带到下一步骤去。 后续的抛光阶段使用不同的抛光布。前序磨抛时留下的划痕通过材料去除被抛光掉。金相中的这个步骤最好使用多晶或单晶金刚石悬浮液。尤其是,当需要抛光很多个样品时,自动磨抛机的使用 (比如Systemlabor 甚至是Systemautomat)就很有优势。
浸蚀 完成最后的抛光步骤后,关于材料纯度的初步预判可以通过不同的反射光来确定。为了使晶体结构有清晰可见的对比度,样品需要进行进一步的制备,即通过浸入浸蚀剂中手动进行或通过电解腐蚀单元比如“Kristall“型号来进行。用于特定样品的特定浸蚀剂具有改变整个晶体组分反射行为的效果,这样光学反差变为可能。浸蚀后,样品用酒精进行清洗,之后在流动的热风下快速彻底吹干。 显微镜观察 如果通过这种方式得到的晶体结构对比度正确,就可以对样品进行观测。通过使用宏观或微观显微镜进行观察以及采用现代图像分析&采集程序进行评估, 可以得到关于热处理状态,焊缝,晶体结构和材料质量方面的一系列信息。此外,金相经常可以有助于做出关于制造工艺和/或失效原因方面的结论。 如果需要进行硬度测试 (显微 & 通用硬度计),那么可以采用常见的维氏,布氏,洛氏或努氏测试程序。