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铝及铝合金的金相分析

2019-09-17 14:28:00
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  与铁、铜等其他历史悠久的金属不同,铝是一种相对比较年轻的金属,直至19世纪初才为人们所知。1886年,人们发明了一种至今仍在使用的铝生产法:霍尔-赫劳尔特电解炼铝法。

  铝呈银白色,比重很轻,以纯金属或合金的形式应用广泛。只要很少量的合金化元素就能够提高强度;由于其低密度,铝合金特别适用于航空和航天工业。同时,为减轻重量,铝合金还大量用于汽车工业。

  铝的表面有一层牢固结合的氧化铝钝化膜,从而使其具有很高的耐腐蚀性。当表面被损坏时,此氧化膜能够自然恢复。因此,铝特别适用于抛光和涂刷表面,以及各种颜色的阳极氧化处理,这样,铝又成为建筑业所青睐的材料。

  铝的其他特性还包括良好导热性和易成形性,像铸造、冷热加工和机加工等。铝无毒无味,因此成为食品和包装,例如罐头、锡箔、烤面包机、饮料泵等使用材料的首选。

  最新的Al-Li和Ti-Al等合金采用粉末冶金工艺制造,另外,铝还被用作复合材料的基体金属。作为一种多功能材料,铝在将来的应用领域会更广泛。

  在质量控制领域,铝的金相分析主要用于晶粒度的确定以及抛光和浸蚀后试样的显微结构缺陷判断。另外,还将检查样品中的杂质,例如氧化物或铝化锆等。铸造材料将评估其不同相的形貌和分布,以及可能存在的疏松。对于可锻材料,将检查轧制和挤压过程中造成的缺陷,以及测量镀层厚度。

金相制备的难点

  -纯铝非常软,并且很容易发生机械变形和划伤

  -碳化硅和金刚石颗粒可能会被压入到试样表面中

  -大量变形后的锻造合金难以显示组织结构

解决方案

  -用最细的碳化硅金相砂纸进行粗磨

  -最终抛光的时间必须足够长,以去除所有嵌入的颗粒

  -用纳米氧化铝粉配制悬浮液进行最终抛光

  -进行电解抛光

机械研磨和抛光

  使用碳化硅砂轮进行铝的切割,这种砂轮广泛适用于有色金属。对于镶样树脂,在大多数情况下,酚醛树脂已足够。薄板、箔和电解抛光试样最好镶嵌在缓慢固化的环氧树脂中,另外,样品应该从镶嵌物后面显露出,作为电解抛光时的触点。

  建议用最细的碳化硅金相砂纸进行平面研磨,以避免产生过大的机械变形。必须考虑硬度、尺寸和样品数目,但是对于粗磨,即使尺寸较大的纯铝样品,500目砂纸也已足够。较大的铝合金铸件可以用220目或320目砂纸进行研磨。另外很重要的是,研磨时压力要小,以避免产生深层变形,降低砂纸和样品表面之间的摩擦力,对于纯铝,尤为重要。

  随后必须用三灵金刚石抛光液抛光去除研磨产生的所有深划痕。

  如果在抛光过程中,金刚石颗粒压入到表面中,那么后面的氧化铝悬浮液精抛光的时间可适当延长。在很多时候,可以用肉眼看到试样表面的明亮和阴暗区域。这表明精抛光还不足够。需要指出的是:嵌入的颗粒可能会导致组织分析的错误。

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