金相研磨是为实现后续显微镜分析而进行的机械样品制备的步骤之一。该原理是基于这样一个事实,即使用连续的较细粒径的研磨颗粒从表面去除材料,直到得到期望的结果。这些颗粒在研磨过程中以粘结形式存在,在抛光过程中以未粘结形式存在。
要达到的制备质量取决于应用目的。真实的组织结构并不总是需要达到最完美的程度——通常,一个令人满意的结果就足以进行后续测试 (例如 硬度测试)。
无论如何,金相制备必须系统和可重现性地进行。这是以最低可能的成本实现最佳结果的唯一方法。
在金相研磨过程中,区分了宏观研磨和微观研磨。
宏观截面 | 微观截面 | |
缺陷尺寸 | >100 µm | <100 µm |
表面 | 未处理或已研磨 | 精细研磨和抛光,如有必要,进行蚀刻 |
显微镜 | 体视显微镜 | 光学显微镜入射光,明场 |
各种例子: | 裂纹、缩孔、热影响区 | 非金属杂质、层状结构、相变显微组织、晶界 |
硬度测量 | 宏观,小力值硬度 | 小力值,显微硬度 |
宏观截面是指样品的制备,用于无显微镜辅助或在体视显微镜下进行观察和评估,放大范围在6倍到60倍之间,例如用于焊接和钎焊接头的评估。
微观截面是指样品的制备,用于在光学显微镜下使用科勒照明进行观察和评估,放大范围从50倍到1000倍,即用于经典的结构分析。
这种区分很有用,因为对于宏观截面,通常精细研磨的表面就足够评估。而对于微观截面,则需要无变形且抛光的表面。
金相研磨分为三个独立的操作步骤:
在金相制备过程中,必须确保选择合适的粒度级别,以获得良好的研磨效果。下一步的粒度应在合理的时间内修正或去除上一步的粗糙度。
金相平面研磨的目的是去除金相切割过程中产生的粗糙度,并实现研磨表面的平整。
磨料的选择取决于要研磨的材料。对于软材料,通常使用碳化硅(SiC),以纸张、薄膜、磨盘或磨石形式存在。对于较硬材料(如以上300 HV的淬硬钢或陶瓷),则使用金刚石磨盘。这些圆盘通常固定在磁性载体上,其优点是从开始到最终抛光的过程中可以保持所达到的平整度,并且不需要多个步骤。对于较大样品和样品数量,可以使用基于氧化铝(Al2O3)的研磨石。需要注意的是,这需要专门的磨石研磨机。
用更细粒度的碳化硅砂纸制成的表面仅有少量残余变形,这些变形可以通过抛光直接去除。 或者,可以使用所谓的精磨盘进行金相样品准备。这些盘通过加入金刚石悬浮液和润滑剂来工作。这对薄涂层、渗氮层和脱碳边缘特别有帮助,以确保抛光后的最佳评估效果。 使用特殊的金刚石研磨盘,现在也可以研磨到以前仅限于金相抛光的区域。市场上有含有颗粒大小达3微米的金刚石研磨盘。对于合适的材料,从生态和经济的角度来看,这是一个值得考虑的选择。
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