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[摘要]针对铝合金铸锭显微组织试样制备的三个主要过程，详细介绍了试样制备的原理、所使用的设备和材料、制备方法、注意事项等，以便于分析人员能快速掌握显微组织分析试样的制备技术。
[关键词]铝合金铸锭显微组织试样制备截取磨光抛光
中图分类号：TQ173.76+4 文献标识码：TQ 文章编号：1009―914X（2013）31―0501―01
在铝合金铸锭产品显微组织的检验中，试样的制备非常关键，直接影响产品显微组织的观察和分析，只有制备出好的样品才能对铝合金金相组织做出准确的分析判断，因此有必要从显微组织试样制备的各个环节入手，分析如何提高试样的制备水平，以达到金相显微组织分析要求。显微组织分析试样的制样过程主要有试样的截取、磨光、抛光三个主要过程，我们就从这三个方面进行分析、研究。
一、试样的截取
显微组织分析首先要确定试样的截取部位，它取决于显微组织检验的目的和要求，如：进行显微疏松检验时应在靠近铸锭的中心部位截取；进行过烧组织检验时应在该铸锭位于均火炉高温区的部位切去。
确定试样的取样部位后，需要用锯床、切割机等设备进行截取，在截取过程中必须保证试样的内部组织不发生改变，组织发生改变将影响到显微组织的检验结果，为了防止组织改变，试样切割时必须注意两点：1、防止合金因挤压、拉伸、扭曲受力使金相组织发生变形；2、防止铝合金因受热，引起表面低熔点金属的再结晶，使试样的晶粒大小改变或氧化层加厚，因此在切割试样时必须用冷却液及时进行冷却，减小试样变形和发热。
截取的显微组织分析试样的尺寸不宜过大或过小，试样尺寸过小时，手拿起来不方便，不易拿平，易造成边缘缺陷或磨面不平；试样过大时，磨制时耗费时间，容易残留磨痕和其它缺陷。一般试样尺寸应控制在15mm×15mm×20mm左右，如图1所示。
二、试样的磨制
截取的试样，需要用锉刀进一步磨平（也可用车床车平），得到平坦的磨面，消除或减小切割时表面产生的变形，并用锉刀倒掉尖角，防止扎破手和砂纸，然后在砂纸上磨光。
试样在切割、磨平后，表面都比较粗糙且具有严重的变形层，需要用不同粒度的砂纸逐步磨光，使变形层逐渐减小。
铝合金试样的磨制可选用手工磨光和机械设备磨光，进行磨光前要选定合适的砂纸，砂纸的编号及对应粒度见表1，磨制试样时可先从180或380号砂纸打磨，磨好以后，换上较细的400或600号砂纸继续磨光，一般到800号砂纸为止，这时砂纸所留下的磨痕很容易在抛光时消除。
表1 水砂纸的编号、粒度号和粒度尺寸
编号 粒度号 粒度尺寸/μm 备注
180 180 —— 一般铝合金材料用180、400、600、800四个编号的砂纸磨光即可.
380 280 50～40
400 320 40～28
600 400 28～20
800 600 20～14
1000 800 ——
试样磨光时每更换细一号的砂纸，必须将磨面及双手冲洗干净，避免将大颗粒的沙粒带入下一步。为了便于观察前一道砂纸所留下的较粗磨痕的消除情况，磨面磨削的方向应该与前一号砂纸磨痕方向成90度，如果磨样时一直沿着一个方向或随意变换方向，很难观察使用更细一号砂纸时，前一号砂纸遗留下的磨痕是否被完全磨去。
在进行铝合金试样磨制时，磨盘转速控制在300～400r/min，要注意将磨面持平，用力要轻而均匀，持续加入适量的水进行冷却、润滑，防止试样表面发热。用旧的砂纸应及时更换，因为砂纸上的磨料变钝后砂纸的磨削作用力减小，磨料在试样磨面产生滚压现象，容易使试样表层产生变形金属层，影响组织分析，如果使用时发现砂纸上的沙粒脱落严重或砂纸破损时要及时更换。
三、试样的抛光
显微组织试样经过磨光后，表面仍有细微磨痕以及金属的变形扰动层，影响金相组织显现，因此必须进行抛光，从而抛掉磨面上的痕迹、消除磨面上的变形扰动层，抛光前要仔细检查磨面的磨光质量，然后进行抛光，避免在抛光时无法消除磨制缺陷。抛光的方法有机械抛光、化学抛光和电解抛光，我们主要采用机械抛光。
试样进行机械抛光的原理是，通过抛光盘带动抛光织物上附着的极细的抛光微粉对试样进行磨削加工，最大限度的消除试样表面的磨痕，以达到显微组织分析的要求。其中抛光织物的作用是：1、在织物纤维的间隙储存抛光微粉，使微粉部分露处表面，从而产生磨削作用；2、阻止磨料因抛光盘的离心力飞出散失；3、储存部分悬浮液，保证抛光盘湿度；4、织物上纤维或绒毛与磨面间的摩擦，能使磨面更加平滑光亮。因此选择和处理好抛光织物很重要，铝合金试样抛光一般用帆布、粗呢子、呢纶等进行粗抛，用短毛细软呢、毡呢、细羊绒等进行细抛；抛光织物纤维应柔软，不能混有较粗较硬的纤维，而且坚韧耐用不易撕破，使用前用热水浸泡，用肥皂洗净，为了使织物更柔软，可在2%的盐酸溶液中浸泡24小时，漂洗干净后使用。也可直接使用专门为金相抛光制造的带压敏胶的抛光织物，不做处理。抛光微粉的作用是磨削试样表面，具有较高的硬度，通常使用粒度为0.5μm～10μm的氧化铝、金刚石研磨膏、金刚石喷雾剂等，从粗抛到细抛逐渐降低抛光微粉粒度，使用时用蒸馏水或去离子水配制成悬浊液，浓度没有严格限制，一般粗抛时浓度大一些，细抛时浓度稀一些，氧化铝悬浊液浓度控制在5～10g/L。
制备高质量的显微组织分析试样，除了选择适当的抛光织物和抛光微粉外，需要正确熟练的操作技能，在进行抛光时要注意以下几点：
1、将试样拿牢持平，被加工面与抛光织物表面平行，不平容易使试样飞溅，部分分析面加工缺陷严重，影响组织检验。
2、用力要适当、均匀，如用力过大试样表面容易发热变灰、变暗，会是变形扰动层增厚；如用力过小会增加抛光时间，耗费抛光微粉，容易在金相组织中产生假象。
3、铝合金试样机械抛光时，磨盘转速控制在400～600r/min，抛光盘的转速太快掌握不当，容易使试样表面发热变灰或使磨料附着到抛光表面；如转速太慢会增加抛光时间，耗费大量抛光微粉。
4、抛光开始前先要在抛光织物上倾洒足量的抛光微粉悬浊液，使抛光微粉纳入织物的缝隙间，在抛光过程中要根据需要少量地滴洒。
5、抛光时要保持抛光织物上的湿润度适当，如抛光织物太湿，抛光时间过长后抛光面会出现化学缺陷——蚀坑，俗称麻点；如抛光织物太干，试样表面容易发热变灰、变暗，附着抛光产生的废料。
6、抛光过程中要注意保持抛光织物表面清洁，防止抛光盘和悬浮液中落入灰尘、杂质，否则试样的抛光面上会出现刻痕，严重时需要返回到细砂纸上磨光，再重新抛光。
抛光好的铝合金试样使用酒精清洗干净、吹干后，即可观察其中相的形态、疏松和夹杂物等缺陷。观察枝晶结构和均火状态的过烧组织，需按规定进行浸蚀、清洗、吹干后即可观察如。
综上所述，铝合金显微组织分析试样制备的每一步，都需要选择合适的抛光材料，准确把握操作手法、速度和力道，通过长期的练习，才能熟练掌握显微组织的制样方法，制备出组织清晰便于金相分析的试样。
参考文献
[1] 王岚，杨平，李长荣，金相实验技术，北京：冶金工业出版社，2010。
[2] 邵玉田等，变形铝及铝合金制品组织检验方法 GBT 3246.2-2000。
作者简介
韩国全，男，1974年生，质检信息中心支持工程师。
[关键词]铝合金铸锭显微组织试样制备截取磨光抛光
中图分类号：TQ173.76+4 文献标识码：TQ 文章编号：1009―914X（2013）31―0501―01
在铝合金铸锭产品显微组织的检验中，试样的制备非常关键，直接影响产品显微组织的观察和分析，只有制备出好的样品才能对铝合金金相组织做出准确的分析判断，因此有必要从显微组织试样制备的各个环节入手，分析如何提高试样的制备水平，以达到金相显微组织分析要求。显微组织分析试样的制样过程主要有试样的截取、磨光、抛光三个主要过程，我们就从这三个方面进行分析、研究。
一、试样的截取
显微组织分析首先要确定试样的截取部位，它取决于显微组织检验的目的和要求，如：进行显微疏松检验时应在靠近铸锭的中心部位截取；进行过烧组织检验时应在该铸锭位于均火炉高温区的部位切去。
确定试样的取样部位后，需要用锯床、切割机等设备进行截取，在截取过程中必须保证试样的内部组织不发生改变，组织发生改变将影响到显微组织的检验结果，为了防止组织改变，试样切割时必须注意两点：1、防止合金因挤压、拉伸、扭曲受力使金相组织发生变形；2、防止铝合金因受热，引起表面低熔点金属的再结晶，使试样的晶粒大小改变或氧化层加厚，因此在切割试样时必须用冷却液及时进行冷却，减小试样变形和发热。
截取的显微组织分析试样的尺寸不宜过大或过小，试样尺寸过小时，手拿起来不方便，不易拿平，易造成边缘缺陷或磨面不平；试样过大时，磨制时耗费时间，容易残留磨痕和其它缺陷。一般试样尺寸应控制在15mm×15mm×20mm左右，如图1所示。
二、试样的磨制
截取的试样，需要用锉刀进一步磨平（也可用车床车平），得到平坦的磨面，消除或减小切割时表面产生的变形，并用锉刀倒掉尖角，防止扎破手和砂纸，然后在砂纸上磨光。
试样在切割、磨平后，表面都比较粗糙且具有严重的变形层，需要用不同粒度的砂纸逐步磨光，使变形层逐渐减小。
铝合金试样的磨制可选用手工磨光和机械设备磨光，进行磨光前要选定合适的砂纸，砂纸的编号及对应粒度见表1，磨制试样时可先从180或380号砂纸打磨，磨好以后，换上较细的400或600号砂纸继续磨光，一般到800号砂纸为止，这时砂纸所留下的磨痕很容易在抛光时消除。
表1 水砂纸的编号、粒度号和粒度尺寸
编号 粒度号 粒度尺寸/μm 备注
180 180 —— 一般铝合金材料用180、400、600、800四个编号的砂纸磨光即可.
380 280 50～40
400 320 40～28
600 400 28～20
800 600 20～14
1000 800 ——
试样磨光时每更换细一号的砂纸，必须将磨面及双手冲洗干净，避免将大颗粒的沙粒带入下一步。为了便于观察前一道砂纸所留下的较粗磨痕的消除情况，磨面磨削的方向应该与前一号砂纸磨痕方向成90度，如果磨样时一直沿着一个方向或随意变换方向，很难观察使用更细一号砂纸时，前一号砂纸遗留下的磨痕是否被完全磨去。
在进行铝合金试样磨制时，磨盘转速控制在300～400r/min，要注意将磨面持平，用力要轻而均匀，持续加入适量的水进行冷却、润滑，防止试样表面发热。用旧的砂纸应及时更换，因为砂纸上的磨料变钝后砂纸的磨削作用力减小，磨料在试样磨面产生滚压现象，容易使试样表层产生变形金属层，影响组织分析，如果使用时发现砂纸上的沙粒脱落严重或砂纸破损时要及时更换。
三、试样的抛光
显微组织试样经过磨光后，表面仍有细微磨痕以及金属的变形扰动层，影响金相组织显现，因此必须进行抛光，从而抛掉磨面上的痕迹、消除磨面上的变形扰动层，抛光前要仔细检查磨面的磨光质量，然后进行抛光，避免在抛光时无法消除磨制缺陷。抛光的方法有机械抛光、化学抛光和电解抛光，我们主要采用机械抛光。
试样进行机械抛光的原理是，通过抛光盘带动抛光织物上附着的极细的抛光微粉对试样进行磨削加工，最大限度的消除试样表面的磨痕，以达到显微组织分析的要求。其中抛光织物的作用是：1、在织物纤维的间隙储存抛光微粉，使微粉部分露处表面，从而产生磨削作用；2、阻止磨料因抛光盘的离心力飞出散失；3、储存部分悬浮液，保证抛光盘湿度；4、织物上纤维或绒毛与磨面间的摩擦，能使磨面更加平滑光亮。因此选择和处理好抛光织物很重要，铝合金试样抛光一般用帆布、粗呢子、呢纶等进行粗抛，用短毛细软呢、毡呢、细羊绒等进行细抛；抛光织物纤维应柔软，不能混有较粗较硬的纤维，而且坚韧耐用不易撕破，使用前用热水浸泡，用肥皂洗净，为了使织物更柔软，可在2%的盐酸溶液中浸泡24小时，漂洗干净后使用。也可直接使用专门为金相抛光制造的带压敏胶的抛光织物，不做处理。抛光微粉的作用是磨削试样表面，具有较高的硬度，通常使用粒度为0.5μm～10μm的氧化铝、金刚石研磨膏、金刚石喷雾剂等，从粗抛到细抛逐渐降低抛光微粉粒度，使用时用蒸馏水或去离子水配制成悬浊液，浓度没有严格限制，一般粗抛时浓度大一些，细抛时浓度稀一些，氧化铝悬浊液浓度控制在5～10g/L。
制备高质量的显微组织分析试样，除了选择适当的抛光织物和抛光微粉外，需要正确熟练的操作技能，在进行抛光时要注意以下几点：
1、将试样拿牢持平，被加工面与抛光织物表面平行，不平容易使试样飞溅，部分分析面加工缺陷严重，影响组织检验。
2、用力要适当、均匀，如用力过大试样表面容易发热变灰、变暗，会是变形扰动层增厚；如用力过小会增加抛光时间，耗费抛光微粉，容易在金相组织中产生假象。
3、铝合金试样机械抛光时，磨盘转速控制在400～600r/min，抛光盘的转速太快掌握不当，容易使试样表面发热变灰或使磨料附着到抛光表面；如转速太慢会增加抛光时间，耗费大量抛光微粉。
4、抛光开始前先要在抛光织物上倾洒足量的抛光微粉悬浊液，使抛光微粉纳入织物的缝隙间，在抛光过程中要根据需要少量地滴洒。
5、抛光时要保持抛光织物上的湿润度适当，如抛光织物太湿，抛光时间过长后抛光面会出现化学缺陷——蚀坑，俗称麻点；如抛光织物太干，试样表面容易发热变灰、变暗，附着抛光产生的废料。
6、抛光过程中要注意保持抛光织物表面清洁，防止抛光盘和悬浮液中落入灰尘、杂质，否则试样的抛光面上会出现刻痕，严重时需要返回到细砂纸上磨光，再重新抛光。
抛光好的铝合金试样使用酒精清洗干净、吹干后，即可观察其中相的形态、疏松和夹杂物等缺陷。观察枝晶结构和均火状态的过烧组织，需按规定进行浸蚀、清洗、吹干后即可观察如。
综上所述，铝合金显微组织分析试样制备的每一步，都需要选择合适的抛光材料，准确把握操作手法、速度和力道，通过长期的练习，才能熟练掌握显微组织的制样方法，制备出组织清晰便于金相分析的试样。
参考文献
[1] 王岚，杨平，李长荣，金相实验技术，北京：冶金工业出版社，2010。
[2] 邵玉田等，变形铝及铝合金制品组织检验方法 GBT 3246.2-2000。
作者简介
韩国全，男，1974年生，质检信息中心支持工程师。