鋁和鋁銅合金宏觀組織的腐蝕劑及顯示方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鋁和鋁銅合金宏觀組織的腐蝕劑及顯示方法，所述腐蝕劑由鹽酸、硝酸、氫氟酸和蒸餾水按9:3:3:20的體積比配制，所述鹽酸、硝酸的質(zhì)量濃度分別為36.0-38.0%和65.0-68.0%，所述氫氟酸的質(zhì)量濃度至少為40.0%。顯示方法：（1）腐蝕劑的配制：將所述濃度的鹽酸、硝酸、氫氟酸和純凈水按9:3:3:20的體積比混合，攪拌均勻；（2）處理試樣，依次用80目、240目和400目的水砂紙打磨試樣，使待腐蝕面平整且沒有過大劃痕；（3）腐蝕顯示：將處理后試樣的待腐蝕面浸入腐蝕液中，2-3分鐘后用清水清洗表面，再用酒精噴洗并吹干。本發(fā)明能將鋁和鋁銅合金的宏觀組織清晰顯現(xiàn)出來，具有腐蝕效果好、重現(xiàn)性好、腐蝕劑易于配制等優(yōu)點。
【專利說明】鋁和鋁銅合金宏觀組織的腐蝕劑及顯示方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金相檢測分析【技術領域】，尤其涉及到一種鋁和鋁銅合金宏觀組織的腐蝕劑及顯示方法。
【背景技術】
[0002]金屬材料的強度、硬度、延展性等性能與內(nèi)部組織結(jié)構有著直接而密切的關系，所以金相觀察是研究金屬材料內(nèi)部組織結(jié)構最為直接和有效的方法，金相是指金屬和合金的化學成分在金屬或合金內(nèi)部的化學狀態(tài)和物理狀態(tài)，其中，宏觀組織(亦稱為“低倍組織”)是指用肉眼或放大鏡(通常小于30倍)觀察到的金屬材料的組織，包括晶粒的大小、形態(tài)、分布和材料中存在的缺陷(如縮孔、氣孔、裂紋、偏析和夾雜物等)，根據(jù)宏觀組織的形貌，可以判定金屬材料的質(zhì)量、存在的缺陷以及由此而造成的金屬構件在使用過程中發(fā)生損壞失效的原因。而宏觀組織的觀察一般都需先將金屬浸入金相腐蝕劑中，使金屬的晶界顯現(xiàn)出來，晶界是取向不同而結(jié)構相同的晶體之間的界面，也就是晶粒之間的接觸面。在晶界面上，原子排列從一個取向轉(zhuǎn)變到另一個取向，所以與晶粒不同，晶界處的原子排列處于過渡狀態(tài)，其排列的規(guī)則性較差，自由能相對較高，因此容易被快速地腐蝕掉，形成凹處，腐蝕后除晶界完整顯示外，各個晶粒由于取向和溶解度不同，在垂直光線的照射下，會清晰地顯示出明暗不同的晶粒，很多情況下可以通過肉眼直接觀察到晶粒的大小、形態(tài)和分布。
[0003]鋁和銅是工業(yè)上最廣泛使用的材料之一，在國防、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)、航空航天工業(yè)和日常生活中都起著重要作用，尤其是作為電力工業(yè)中最重要的輸電材料，起著不可替代的作用。鋁銅合金是工業(yè)上應用最早的鑄造鋁合金，由于
具有良好的耐熱性和力學性能使其在實際生產(chǎn)中廣泛應于工業(yè)中的各類機械構件。因此其性能的微小提高，都能獲得巨大的經(jīng)濟效益。而鋁和鋁銅合金的性能在很大程度上是由其宏觀組織的晶粒大小、形態(tài)和分布所決定的——細小的晶粒、較大的等軸晶比例有利于其機械性能的提高和宏觀偏析的改善，為此冶金學家們開發(fā)出了眾多的凝固細晶技術，如孕育、變質(zhì)處理、微合金化和采用外場處理等，細晶處理后需及時對其宏觀組織進行觀察，了解細化效果，并根據(jù)效果及時調(diào)整細晶工藝。因此摸索得到合適的腐蝕劑，高效率地顯示出鋁和鋁銅合金的宏觀組織，及時了解其晶粒的大小、形態(tài)和分布具有重要意義。
[0004]現(xiàn)有顯示鋁和鋁銅合金宏觀組織的腐蝕劑中，在實際應用中效果大多不盡人意，例如《金相試樣制備與顯示技術》(中南大學出版社2005年版)中介紹的顯示鋁和鋁合金一般組織的腐蝕劑成分和配比為鹽酸:硝酸:氫氟酸:水=3:5:2:190，而在將該腐蝕劑實際應用于鋁銅合金時發(fā)現(xiàn)存在諸多問題:腐蝕耗時較長，容易在試樣表面形成一層難以去除的薄膜狀污染層，觀 察表面模糊不清，難以辨認等。而本專利提供的腐蝕劑及顯示方法克服了這些問題，能將鋁和鋁銅合金的宏觀組織清晰顯現(xiàn)出來，晶粒的大小、形態(tài)和分布清楚可辨，且具有操作簡便、無需加熱、重現(xiàn)性好、腐蝕劑易于配制等優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種顯示鋁或鋁銅合金宏觀組織的腐蝕劑及顯示方法，且具有操作簡便、無需加熱、重現(xiàn)性好、腐蝕劑易于配制等優(yōu)點。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術方案:
本發(fā)明一種鋁和鋁銅合金宏觀組織的腐蝕劑及顯示方法，腐蝕劑由鹽酸、硝酸、氫氟酸和純凈水配制而成，鹽酸、硝酸、氫氟酸和純凈水的體積比為鹽酸:硝酸:氫氟酸:純凈水=9:3:3:20。
[0007]上述鹽酸、硝酸的質(zhì)量濃度最好為36.0-38.0%和65.0-68.0%，上述氫氟酸的質(zhì)量濃度最好至少為40.0%。
[0008]上述鹽酸、硝酸和氫氟酸的純度等級最好為化學純或分析純。
[0009]上述純凈水最好為蒸餾水或去離子水。
[0010]本發(fā)明一種顯示鋁和鋁銅合金宏觀組織的腐蝕劑及顯示方法的工藝步驟依次如下:(1)腐蝕劑的配制:將所述濃度的鹽酸、硝酸、氫氟酸和純凈水按9:3:3:20的體積比混合，攪拌均勻即可；(2)處理試樣，依次用80目、240目和400目的水砂紙打磨試樣的待腐蝕面，使最終打磨面平整且沒有過大劃痕；(3)腐蝕顯示:將處理后試樣的待腐蝕面浸入腐蝕液中，3-5分鐘后用清水沖洗表面，對于腐蝕效果較差、顯示效果模糊的部分區(qū)域，用鑷子夾住棉花蘸取腐蝕劑進行專門擦拭，直到整個面顯現(xiàn)出清晰均勻的宏觀組織，然后用清水沖洗，酒精噴洗吹干。
[0011]上述腐蝕劑及顯示方法適用于純鋁和銅含量在10%以下的鋁銅合金。
[0012]上述試樣的打磨最好使用預磨機或直接手磨。
[0013]上述樣品的待腐蝕面浸入腐蝕液的深度最好為l-10mm。
[0014]由于采用如上所述的技術方案，本發(fā)明具有如下技術效果:
1.操作簡便，腐蝕劑成分易于獲得，成本低廉，配制簡便。
[0015]2.無需加熱，常溫下即可進行。
[0016]3.耗時少，重現(xiàn)性好。
[0017]4.能將鋁和鋁銅合金的宏觀組織清晰顯現(xiàn)出來，肉眼觀察下晶粒的大小、形態(tài)和分布清楚可辨。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是純鋁按實施例1腐蝕后直接掃描得到的組織。
[0019]圖2是鋁-2%銅合金按實施例2腐蝕后直接掃描得到的組織。
[0020]圖3是鋁-4.5%銅合金按實施例3腐蝕后直接掃描得到的組織。
【具體實施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實 施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0022]以下各實施例中的鹽酸、硝酸和氫氟酸的純度等級均為化學純，化學純鹽酸的質(zhì)量濃度為36.0-38.0%，化學純硝酸的質(zhì)量濃度為65.0-68.0%，化學純氫氟酸的質(zhì)量濃度至少為40%。
[0023]實施例1
用于純鋁宏觀組織的腐蝕劑及顯示方法。
[0024]常溫下，依次將27ml鹽酸、9ml硝酸、9ml氫氟酸和60ml蒸餾水倒入燒杯中，用玻璃棒攪拌20秒，并靜置I分鐘，配制成腐蝕劑。
[0025]對重500克的工業(yè)純鋁(純度為99.7%)試樣進行打磨處理。所述打磨處理具體包括:以水作為潤濕劑將試樣潤濕，然后進行打磨。依次使用80目、240目和400目的粗砂紙打磨需要觀察的表面，每次打磨的時間一般可以為1-5分鐘，這樣可以得到大致平整且沒有過大劃痕的磨面。在打磨時，砂紙安放在預磨機上，由其帶動旋轉(zhuǎn)，預磨機的轉(zhuǎn)速可以為200-400r/min,預磨機上方不斷有水流下以起到潤濕砂紙的作用，將待觀察的表面朝向砂紙，并保持表面和砂紙均勻接觸，按住試樣在砂紙上磨。每次更換砂紙后將所述試樣旋轉(zhuǎn)一百八十度，直到將上一道工序的劃痕完全磨掉，新的劃痕方向一致、大小均勻、沒有明顯過粗的劃痕，每次換砂紙前需用水將所述試樣和新的砂紙清洗干凈，以除去砂粒。打磨后用清水將試樣表面清洗干凈,并噴上酒精吹干。
[0026]將腐蝕劑倒入玻璃皿中，放入一小塊棉花，將純鋁試樣以待腐蝕面朝下的方向浸入腐蝕劑中，浸入深度為3mm，且試樣邊緣壓在棉花上，以保證試樣的待腐蝕面和腐蝕液充分接觸反應。
[0027]2-3分鐘后取出樣品，并用清水沖洗，對于腐蝕效果較差、顯示效果模糊的部分區(qū)域，用鑷子夾住棉花蘸取腐蝕劑進行專門擦拭，直到整個面顯現(xiàn)出清晰的宏觀組織，然后用清水沖洗，酒精噴洗吹干。圖1為此方法顯示出的純鋁試樣宏觀組織的掃描照片。
[0028]實施例2
本實施例中的鋁-2%銅合金試樣重510克，由工業(yè)純鋁(純度99.7%)和紫銅(純度99.9%)熔煉而成，腐蝕劑的配制和試樣的研磨、清洗、腐蝕過程同實施例1，圖2為此方法顯示出的鋁-2%銅合金試樣宏觀組織的掃描照片。
[0029]實施例3
本實施例中的鋁-4.5%銅合金試樣重512克，由工業(yè)純鋁(純度99.7%)和紫銅(純度99.9%)熔煉而成，腐蝕劑的配制和試樣的研磨、清洗、腐蝕過程同實施例1，圖3為此方法顯示出的鋁-4.5%銅合金試樣宏觀組織的掃描照片。
【權利要求】
1.一種鋁和鋁銅合金宏觀組織的腐蝕劑，其特征在于該腐蝕劑的組成為:鹽酸、硝酸、氫氟酸和蒸餾水的體積比為9:3:3:20。
2.根據(jù)權利要求書I所述的鋁和鋁銅合金宏觀組織的腐蝕劑，其特征在于所述鹽酸、硝酸的質(zhì)量濃度分別為36.0-38.0%和65.0-68.0%，所述氫氟酸的質(zhì)量濃度至少為40.0%。
3.一種鋁和鋁銅合金宏觀組織的顯示方法，其特征在于顯示方法的工藝步驟如下:(I)腐蝕劑的配制:將所述濃度的鹽酸、硝酸、氫氟酸和蒸餾水按9:3:3:20的體積比混合，攪拌均勻；(2)處理試樣，依次用80目、240目和400目的水砂紙打磨試樣的待腐蝕面，使最終打磨面平整，所有劃痕均勻，都朝一個方向，且沒有明顯粗大的劃痕；(3)腐蝕顯示:將處理后試樣的待腐蝕面浸入腐蝕液中，2-3分鐘后用清水沖洗表面，再用酒精噴洗并吹干。
4.根據(jù)權利要求書3所述的鋁和鋁銅合金宏觀組織的顯示方法，其特征在于其特征在于，所述樣品的待腐蝕面浸入腐蝕液的深度為l-10mm。
【文檔編號】C23F1/20GK103993319SQ201410187517
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權日:2014年5月6日
【發(fā)明者】梁冬, 梁柱元, 孫杰, 王翔, 仲紅剛, 翟啟杰 申請人:上海大學