本站原创摘 要：在实际的金相检验工作中,通常会采取电解法,将电流通入电解质中,通过发生反应对金属的内部结构有更好的认识,与机械制样方法相比,该方法首先可以避免抛光时产生的杂质,其次速度快,消耗时间少,而且能够节约材料,工作效率大大提高,能取得更好的制样效果,应用越来越广泛.本文对其在金相检验中的应用进行了简要分析.
关 键 词：不锈钢金相检验；电解制样；应用分析
引言
金相指的是金属内部结构的物理或化学状态,反映金相的具体形态叫做金相组织,主要包括马氏体、铁素体、奥氏体等.在制备金相试样时,主要采取的方法有手工法、机械法以及电解法等.人工法现在已很少用,机械法因为需要进行抛光,往往会在磨光面上出现一些杂质,而且需要多次抛光,浪费大量时间.电解法是当前较为常见的一种制样方法,在有色金属及耐热不锈钢等制样中较为适用,在较短的时间内就能完成制样工作,减轻了劳动量,提高了工作效率,值得推广应用.
1金相技术及制备
金属的内部结构及其物理化学成分决定着其性能,为判断金属的性能,经常要对其内部结构进行分析,其内部结构就是金相.金相分析检验通过对金属性能的判定,对零件生产工艺做进一步的完善,从而能找出零件缺陷的原因.金相检验对金属行业及各种金属产品的制作意义重大,在检验过程中,首先要遵循规定的标准,及制备试样,一旦试样工作出现失误,极有可能会得出错误结论,因此应重视试验制备的作用.在试样中,经常要依次进过取样、镶嵌、标记、磨光以及抛光、浸蚀等程序,在此以电解法为例,对整个检验过程做了简要分析.
2电解制样试验
试验材料主要有A（马氏体不锈钢）、B（铁素体不锈钢）、C（奥氏体不锈钢）三种不锈钢材料.在每一种材料上进行切割,得到小块的试样,并用专用的金相砂纸预磨检验面.这次试验采取的是电解法,设备是集抛光、腐蚀于一体的电解抛光仪,能够自动将电流、电压等等电解参数自动显示出来.电解液多使用电磁泵作为驱动.关于其电解参数,必须保证其符合要求,主要有如下几种：工作电压在150V以内,输入电压为220V；正常使用的电流在0-6A,输出的直流电流在0-10A之间；电磁泵的转速保持在0-750r/min,可以进行适当的调整,磁泵的两极磁感应的强度在0.08T以上；电磁泵的驱动电机功率通常为30W,电压为12V；进行抛光时,要注意抛光面积,最大面积不超过5cm2,时间在1-999s内,根据实际情况而定；为了能够在更多的材料中使用,通常会在阴极配备有铜铝及不锈钢等材料,三者可以互换使用.图1所表示的是电压与电流密度在抛光、腐蚀中的最佳状态.
基础工作做好后,连接电源,抛光仪的稳压器和搅拌器开始工作,首先利用金相砂纸对试验面浸入到电解液中,电解液主要包含蒸馏水、酒精、高氯酸及乙醇等物质,同时利用阴极上的条形磁钢试样压住,对稳压器的电力进行适当调整,直到抛光工作结束,取出试样,其检验面多呈银灰色.然后将其放入腐蚀液进行电解腐蚀,C材料在此溶液中进行检验,A、B两种材料在适宜采取化学腐蚀腐法进行.最后用水冲洗试样,进行吹干,在专门的设备下仔细观察.
3影响电解制样的因素
从上面的试验结果中,可对电解制样有更深一步的认识,与电解质量密切相关的主要有以下因素.
3.1电解的电压影响
如果电解液是磷酸或高氯酸等成分,在抛光过程中,应选择图1中的CD段作为最适合的电压.如果电压过高,在电解时会击破试样表面的薄膜,以至于有腐蚀坑出现.如果是铁基材料,在选择抛光电压时尽量选择25-40V的电压,电解腐蚀电压以0.2-10V为佳,即图1中的AB段.
3.2电解抛光液
电解抛光液有很多种,且效果也有很大差异,在选择时,应根据实际情况而定,抛光质量要有保证,同时还要重视其通用性,尽量对多种材料都能适用.经过大量试验可知,在抛光液中含有10%的草酸水溶液时,对C种不锈钢的变形带及晶粒等参数能够很好的显示.
3.3泵速及抛光时间
电解过程中,在磁力泵的驱动下,电解液通过阴极管溅到试样表面,所以磁力泵的速度应保持适中,若太快的话,很容易对试样表面形成冲刷,加大压力,出现腐蚀不均的情况,甚至表面会有波纹产生,泵速以400-500r/min为佳.抛光时间要结合磨面的粗糙程度、材料类别以及对结果的要求做综合考虑,一般只需十几秒,在电压充足的情况下,如果表面起始很好,则效率快,时间就短.此外,为了保持抛光面浸蚀的均匀度,试样抛光盘应当水平放置.
4电解制样过程中的问题及解决措施
4.1氧化膜
由于在搅拌电解液时不到位,或者电解时的电压不符合要求等原因,试样表面会形成一种黑色无光泽的薄膜,即氧化膜,对电解效果有一定程度的影响.解决方法很简单,将电压调至要求范围内即可,也可通过加强搅拌工作来实现.
4.2腐蚀坑
引起腐蚀坑的出现的原因有很多,如电压过高,电解液时间较久、性能下降,再加上电解时间太长,很容易导致试样检验面出现许多麻点,即是腐蚀坑,腐蚀坑极小,只能借助专业的观察设备进行观察.腐蚀坑对检验工作会产生一定的副作用,从而影响电解制样的质量,解决这些问题,可采取适当降低电压,减少电解时间以及更换电解液等方法.
4.3过腐蚀
在电解过程中,如果电解的电压或电流密度过大,而且电解时间较长,极有可能对试样显微组织造成过腐蚀,影响到检验效果.因此,在电解时,务必要对这些问题加以重视,对电解时间、电压电流等都有所调整,保证各项参数都符合要求标准.
4.4其他注意事项
从当前的水平来看,电解制样在其他非金属夹杂物的试样制备中还缺乏应用,可能是电位差的影响,因为金属基体和夹杂物间的电位差通常比较大,在电解过程中,两者交界处很容易有强烈的电化学腐蚀现象出现,以至于形成腐蚀坑,难以对夹杂物进行明确的评级.而对不锈钢材料进行电解时,电流多集中于试样边缘及棱角等部位,导致此处会发生剧烈的金属腐蚀,以至于试样边缘常会出现倒角.另外,若不使用夹具,直接用机械对试样进行磨制,在试样边缘也会产生倒角,如果电解制样能够正常进行,即便出现些微的倒角,也不影响显微组织的检验工作.关于夹具,应避免与电解液直接接触,若受条件限制,不得不接触时,可选择铜等惰性较大的夹具材料,这样可有效防止选择性腐蚀.
5结束语
电解制样在不锈钢金相检验中得到了良好的应用,但还处于初步阶段,目前也有很多问题值得进一步解决,因此,应对该技术不断进行改善,将其广泛普及.