龔雪 王海波 施露 邱辛帥 羅曉芳

摘 要：金相試樣制備是金相學(xué)研究的重要部分，也是材料科學(xué)專業(yè)學(xué)生必備專業(yè)技能，通過對(duì)材料金相組織的研究，可探索材料的微觀世界。本文通過前期大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，結(jié)合查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，敘述了金相試樣的一般制備方法，深入分析各制樣步驟（磨制、拋光、侵蝕）的關(guān)鍵注意事項(xiàng)，總結(jié)出全國(guó)金相大賽制樣方法與技巧。

關(guān)鍵詞：金相試樣;磨制;拋光;侵蝕;觀察

全國(guó)金相大賽有兩個(gè)賽事，分別是中國(guó)體視學(xué)學(xué)會(huì)、中國(guó)體視學(xué)學(xué)會(huì)金相與顯微分析分會(huì)主辦的“蔡司·金相學(xué)會(huì)杯”全國(guó)高校大學(xué)生金相大賽和由教育部高等學(xué)校材料類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主辦的全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽。

金相試樣制備是材料領(lǐng)域進(jìn)行科學(xué)研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括磨樣、拋光、腐蝕等基本工序，其中每個(gè)工序都要求學(xué)生具有較強(qiáng)的動(dòng)手能力。對(duì)于動(dòng)手能力較差或者初學(xué)者而言，樣品表面在磨樣過程中很有可能出現(xiàn)交叉劃痕、平面被磨成多個(gè)面，拋光過程時(shí)出現(xiàn)飛樣、水膜，腐蝕過程出現(xiàn)腐蝕不均勻、腐蝕不夠、腐蝕太深等問題，干擾后續(xù)的觀察與分析[1]。所以，系統(tǒng)的分析與總結(jié)金相的制備方法就顯得尤為重要。全國(guó)金相大賽的開展，更能系統(tǒng)的學(xué)習(xí)金相技能，提高學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐技能基本素質(zhì)，達(dá)到以賽促學(xué)的目的。

一、賽前準(zhǔn)備

砂紙是金相磨制的重要工具，砂紙的選擇很大部分決定磨制的速率和效果。合理的選擇砂紙，是金相磨制成功的第一步。在金相大賽中會(huì)提供240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#共8種砂紙，自選6種，可干濕兩用。另外還提供型號(hào)為80的砂紙供參賽者倒角。首先，拿到待磨試樣，先了解試樣的基本情況，比如“蔡司·金相學(xué)會(huì)杯”全國(guó)高校大學(xué)生金相大賽提供的球化退火態(tài)GCr15和退火態(tài)HT150試樣，清楚試樣的熱處理方式和材質(zhì)有利于后期試樣的制備，再觀察待磨面的表面粗糙度和平整度，具體根據(jù)試樣表面情況和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)選擇砂紙。原則上有效的研磨要求每一步的研磨顆粒要比上一步的小一或二個(gè)標(biāo)號(hào)，不能跨度過大。第一步研磨步驟是為了去除切割帶入的損傷，所以第一步研磨砂紙的粒度要根據(jù)試樣表面的粗糙度、切割損傷深度及材料硬度來(lái)選擇。待磨面越粗糙，起始砂紙就要越粗[2]。相對(duì)較硬的試樣，或者是表面粗糙有明顯的加工印記的試樣，可從240#砂紙磨起，而相對(duì)較軟的鑄鐵則可從400#，甚至600#砂紙磨起。中間根據(jù)自身磨制習(xí)慣適當(dāng)減少不必要的砂紙。這樣既可以節(jié)省砂紙，又能提高效率。一般來(lái)說，2000#的砂紙砂粒過細(xì)，且很容易磨出劃痕，所以如果不是特別軟的材料或者熟練的磨制手法一般不建議使用。

拿放砂紙時(shí)也要注意，不能讓不同型號(hào)的砂紙的砂粒附著面接觸，即不能讓砂紙同面相向，以避免磨面磨損，粗細(xì)砂粒相混。盡量按照粗細(xì)順序同向放置、避免相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且拿放砂紙時(shí)盡可能只接觸砂紙邊緣，輕拿輕放。

進(jìn)入比賽場(chǎng)地，首先觀察拋光機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是否正常，拋光布是否完好，且平整牢固地安裝在轉(zhuǎn)盤上。檢查玻璃板是否平整無(wú)破損。發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)告知工作人員，以免耽誤比賽。無(wú)誤后擦凈玻璃板，將選好一套砂紙放置在桌面上，細(xì)砂紙?jiān)谙?，粗砂紙?jiān)谏弦来畏胖?，方便使用?/p>

二、磨制

（一）倒角

比賽開始首先要對(duì)試樣進(jìn)行倒角，以免在磨制及拋光時(shí)將砂紙或拋光織物劃破。金相大賽會(huì)提供80號(hào)砂紙用于倒角。倒角時(shí)拇指和食指拿住樣品，磨的過程旋轉(zhuǎn)樣品保證倒角均勻美觀，試樣傾斜約30o，倒角寬度為0.5mm～1mm。對(duì)于較軟的試樣，適當(dāng)加大倒角寬度，避免在后續(xù)操作中，倒角大量磨損，需要重新倒角，增大工作量。所以可在倒角時(shí)適當(dāng)加以壓力磨制，節(jié)約時(shí)間，提高效率。

（二）磨制方法

金相磨制是利用砂紙與試樣磨面間的摩擦將試樣磨光的一個(gè)過程。磨制時(shí)將砂紙平鋪于潔凈的厚玻璃板上，左手按住砂紙，右手握住試樣（食指和拇指抓住試樣，中指彎曲輕貼于試樣一側(cè)，防止試樣轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能給試樣側(cè)壓力），使磨面朝下并與砂紙接觸，在輕微壓力的作用下把試樣向前推磨，用力要均勻，平穩(wěn)緩慢，否則會(huì)使磨痕過深，磨面變形，為后續(xù)增加許多不必要的操作。試樣退回時(shí)不能與砂紙接觸，要單程單向地反復(fù)進(jìn)行，直至磨面上舊的磨痕去掉，新的磨面有反光的效果，細(xì)小的磨痕均勻排布且方向一致才能換到下一號(hào)更細(xì)的砂紙。每更換一道砂紙都要沖洗雙手和試樣。拿起新砂紙抖干凈上面脫落的砂粒，將試樣旋轉(zhuǎn)90度角后磨制，使新舊磨痕垂直，以利于較快除去變形層。磨制是極易出現(xiàn)劃痕的過程，所以，磨制過程工程中用力不能太大，更不能有敲擊桌面的聲音，以免嵌入異物。使用型號(hào)為600及之前的粗砂紙磨制時(shí)，可以加一定的壓力以提高效率，越到后面砂紙?jiān)郊?xì)，用力應(yīng)越輕，否則容易產(chǎn)生劃痕和假象。

（三）磨制技巧

為防止試樣摩擦發(fā)熱變形，推磨試樣不宜過快，或在砂紙上滴加4～5滴清水，既可以防止因溫度過高造成的氧化，也可以減少軟試樣的劃痕，水不宜過多，否則會(huì)降低砂紙的磨削效果;為使磨面磨痕方向恒定我們可以利用段絲琦[3]等人劃十字的方法，即在試樣頂部用標(biāo)記筆劃出十字，能夠幫助我們觀測(cè)，有效保持磨向恒定。磨制過程中需要時(shí)刻注意砂紙上痕跡的有何變化：一般情況下，砂紙上的整個(gè)痕跡顏色深淺要一致、寬度和試樣磨面大小相同，沒有弧線痕跡的出現(xiàn)，這樣可以有效保證整個(gè)磨面的平整，減少倒棱現(xiàn)象[4];若砂紙上出現(xiàn)條狀的細(xì)線，則表明砂紙上有粗砂粒，應(yīng)即刻抖凈砂紙，沖洗試樣及雙手，避開細(xì)線區(qū)域磨制，試樣磨面有較大劃痕，可從上一號(hào)砂紙磨起;若砂紙上出現(xiàn)白色細(xì)小點(diǎn)狀，則表示玻璃板或者桌面上有異物，應(yīng)即可紙巾擦拭砂紙背面和玻璃板，清理桌面抖落異物，避開白色點(diǎn)狀區(qū)域磨制。

磨制結(jié)束后，在明亮的光線下，肉眼觀察的試樣磨面應(yīng)只有一個(gè)面、沒有圓角，沒有亮度差異明顯不同的劃痕，即磨面上為均勻同向的細(xì)小磨痕。才能繼續(xù)下一個(gè)步驟。

三、拋光

（一）拋光前期