应用案例 | 铝合金金相制备方法

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铝合金是应用广泛的轻质高强铝合金，从日常生活中常用的炊具，到通行离不开的基建如人行天桥、公路桥梁，以及代步和运输的汽车、船舶乃至民用航天器等，都能看到铝合金的身影。其中铸铝因其适宜批产、产品一致性好、易形变控制、外形美观，且拥有良好的耐磨、耐腐蚀等服役性能，在各行各业中的需求越来越迫切。对不同铝合金的金相制备已经成为分析其性能与组织关系过程中非常基础又不可或缺的部分，本文将分享铸铝合金的金相制备方法。

试验样品为某均匀的铸铝材料，原试样如下图所示，最大尺寸仅约15mm，后续采用30mm直径的镶嵌模具与磨抛夹持器，可免去切割步骤。

图1. 试样原貌

1、热镶嵌

镶嵌是为了与半自动研磨设备的夹持器相匹配，采用热镶嵌的方式，可快速成型，长方形的截面作为测试面朝下镶嵌，效果如下图。

图2. 镶嵌示意

2、研磨与抛光

铝合金属于延展性材料，载荷需适当，且每一步需要较长时间以充分去除上一步留下的变形层，适宜的磨抛参数如下表所示。

表1.研磨抛光耗材与参数

1）粗磨

粗磨是为了将样品磨平，并去除取样时留下的变形损伤层，而粗磨本身也会造成一定的损伤。粗磨选用欧标P600的SiC砂纸，效果如图3所示，虽能看到铸铝的孔隙，但表面较粗糙。

图3. P600碳化硅砂纸粗磨结果（物镜5X）

2）细磨

细磨选用P1200的SiC砂纸，去除粗磨步骤留下的变形损伤，另一方面为了尽量减少延展变形，将载荷降低，研磨效果如图4，图中可见划痕变得稍微细了些，孔隙也逐渐凸显。

图4. P1200碳化硅砂纸细磨结果（物镜5X）

3）9um金刚石粗抛

粗抛采用9um金刚石悬浮液，搭配对金刚石颗粒保留能力较好的编织的VerduTex抛光布，载荷不变，时间加长以充分去除细磨所产生的变形层。所得制备表面划痕更细且均匀，孔隙非常明显，部分颗粒（白色）也凸显了出来，如下图5。

图5. 金刚石抛光液9um粗抛结果（物镜5X）

4）3um金刚石中抛

中抛采用3um金刚石悬浮液，同样搭配了另一张VerduTex抛光布，适当地减少抛光时间，抛光效果如下图6所示，5倍物镜下已无明显划痕。

图6. 金刚石抛光液3um中抛结果（物镜50X）

5）0.05um氧化铝细抛

0.05um氧化铝抛光时，采用了ChemoMet抛光布，此时只是为了去除3um留下的划痕与轻微变形，几乎不会留下光学显微镜下能明显看到的划痕与损伤，所得的表面无划痕且可清楚看到大小不一的孔隙，如下图7所示。进一步放大至1000倍后，部分组织清晰可见，如图8所示。

图7. 氧化铝抛光液0.05um细抛结果（物镜5X）

图8. 氧化铝抛光液0.05um细抛结果（物镜100X）

小结

1、铝合金属于延展性材料，研磨阶段通常选用SiC砂纸。

2、研磨抛光过程要确保足够的润滑与冷却，必要时研磨阶段可在砂纸上涂蜡。

3、载荷适当即可，过大并不能有效去除材料，反而会造成更严重的损伤。

4、此方案依附于一定的设备与耗材，每一步的参数仅提供参考，为类似样品的制备提供一种思路，具体需要根据不同条件来调整参数。

5、探索适当磨抛参数的过程中，需要观察并识别每一步的效果，再进行参数的调整。

本次试验所用设备如下

Buehler SimpliMet3000 热镶嵌机

Buehler EcoMet250磨抛机

Leica DM4M金相显微镜

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