CN102383130B - 一种非晶合金金相组织的观察方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非晶合金金相腐蚀剂，包括初蚀腐蚀剂和再蚀腐蚀剂，其中，所述初蚀腐蚀剂为氢氟酸、磷酸和草酸的混合溶液，所述再蚀腐蚀剂为FeCl₃和KCl的水溶液。本发明还涉及一种非晶合金金相组织的观察方法，包括下述步骤：将非晶合金表面经过粗研磨、细研磨、抛光，并采用金相腐蚀剂进行腐蚀后，放在金相显微镜下进行观察，所述采用金相腐蚀剂进行腐蚀的步骤包括：a、采用氢氟酸、磷酸和草酸的混合溶液对非晶合金表面进行浸蚀；b、再采用FeCl₃和KCl的水溶液对非晶合金表面进行擦拭。本发明的金相腐蚀剂有利于观察非晶合金中的金相结构，评价非晶合金品质。

Description

一种非晶合金金相组织的观察方法

技术领域

本发明涉及非晶合金技术领域，更具体的说，涉及一种非晶合金金相腐蚀剂，以及一种非晶合金金相组织的观察方法。 

背景技术

非晶合金是指原子排列在三维空间无长程有序的金属。因其具有类似玻璃的某些结构特征，故又称金属玻璃。1960年美国的Duwer教授等人采用熔体急冷法首先制得了Au-Si系非晶合金，四十余年来，以Fe系、Ni系、Zr系为代表的各种非晶态软磁合金因其在许多方面具有比常规商用晶态合金更优异的磁性能、力学性能，已在电力、电子、信息等技术中应用。 

虽然单相的大块非晶合金(BMG)具有优异的断裂强度，但是仅表现出0-2％的有限塑性流变，单轴拉伸时几乎没有宏观塑性变形就会发生灾难性失效。BMG的这种变形行为已经限制了其作为结构材料在工程上的应用。为了在保持其高强度的同时，进一步改善BMG的塑性和韧性，近年来在BMG中引入增强相方面作了大量的研究，并导致了一类新型材料——BMG基复合材料的诞生，在迄今所开发的BMG基复合材料中，通过内生的方法制备出具有塑性晶体相/BMG基体两相微观组织的复合材料是最具发展前景的。 

常用的表征塑性晶体相/BMG基体两相微观组织的复合材料微观组织特性的方法之一就是金相显微镜观察法，通过观察金相微观组织，分析塑性晶体相的分布与形貌，可以形象的表征复合材料微观组织的优劣，并为其它表征结果提供参考依据。 

现有技术中的大部分金相腐蚀剂主要用于碳钢、钛合金等金属或合金的金相组织显示，如CN101104935中采用的一种金相腐蚀剂，其组成为氢氟 酸10-15体积％，硝酸10-15体积％，丙酮15-20体积％，其余为水。这种金相腐蚀剂由于使用了腐蚀性强的金相腐蚀剂，容易使非晶合金中的晶体相被腐蚀而在样品表面留下黑洞，而且会在样品表面形成难以去除的氧化膜，影响金相观察，因此，不适用于非晶合金金相显微观察。 

中国专利申请(公开号：CN101576454)提供了一种非晶合金金相腐蚀剂，其组成为硝酸1-5mol/L，盐酸0.5-1.5mol/L，偏重亚硫酸盐0.1-0.6mol/L，水余量。然而，该发明在金相试样制备过程中需要配备专门的仪器，配置脱脂剂和除油剂进行脱脂和除油，且腐蚀时间较长，需要2-5min，制备流程较繁琐。并且偏重亚硫酸盐遇酸会分解出有毒气体SO₂，会对环境造成危害，不适合长期普遍使用。 

发明内容

本发明要解决现有技术中的金相腐蚀剂易于腐蚀非晶合金晶体相，在样品表面形成氧化膜，导致晶体相不便于观察或者其制备和使用工艺复杂、对环境有害的缺陷。 

本发明提供一种非晶合金金相腐蚀剂，包括初蚀腐蚀剂和再蚀腐蚀剂，其中，所述初蚀腐蚀剂为氢氟酸、磷酸和草酸的混合溶液，所述再蚀腐蚀剂为FeCl₃和KCl的水溶液。 

其中，在所述的氢氟酸、磷酸和草酸的混合溶液中，氢氟酸的含量为0.12mol/L-0.45mol/L、磷酸的含量为0.15mol/L-0.74mol/L、草酸的含量为1.05mol/L-1.70mol/L，余量为水。 

其中，在所述的FeCl₃和KCl的水溶液中，FeCl₃的含量为3-15g/L，KCl的含量为35-100g/L。 

本发明还提供了一种使用上述金相腐蚀的非晶合金金相组织的观察方法，包括以下步骤：将非晶合金表面经过粗研磨、细研磨、抛光，并采用金 相腐蚀剂进行腐蚀后，放在金相显微镜下进行金相观察，其中，所述采用金相腐蚀剂进行腐蚀的步骤包括： 

a、采用氢氟酸、磷酸和草酸的混合溶液对非晶合金表面进行浸蚀； 

b、再采用FeCl₃和KCl的水溶液对经过a步骤处理的非晶合金表面进行擦拭。 

优选地，在所述腐蚀步骤后，金相观察步骤前还包括清洗步骤：用无水乙醇清洗非晶合金表面并干燥。 

优选地，所述抛光采用的抛光膏为金刚石抛光膏。 

优选地，步骤a的浸蚀时间为30-60s，步骤b的擦拭时间为10-15s。 

优选地，步骤a所采用的氢氟酸、磷酸和草酸的混合溶液中，氢氟酸的含量为0.12mol/L-0.45mol/L、磷酸的含量为0.15mol/L-0.74mol/L、草酸的含量为1.05mol/L-1.70mol/L，余量为水。 

优选地，步骤b所采用的FeCl₃和KCl的水溶液中，FeCl₃的含量为3-15g/L，KCl的含量为35-100g/L。 

优选地，所述非晶合金为Zr基非晶合金。 

本发明所提供的金相腐蚀剂与现有技术中所公开的金相腐蚀剂相比，腐蚀速度快，制备工艺简单，不会对环境造成危害；而且，使用这种金相腐蚀剂能够提高金相组织的衬度，并且消除非晶合金腐蚀后产生的氧化膜，可以使非晶合金中的晶体相(尤其是Zr基非晶合金中的晶体相)更容易辨别，不影响金相组织细节观察，有利于评价非晶合金产品的质量。 

附图说明

图1为本发明的实施例1的非晶合金样品A1的金相照片； 

图2为对比例1的非晶合金样品B1的金相照片。 

具体实施方式

本发明提供的一种非晶合金金相组织的观察方法，包括下述步骤： 

步骤1、研磨：将待观察的非晶合金样品取适合金相观察的大小，用镶样机镶嵌，待观察面朝外；然后将该观察面分别在粒度为100#、400#、800#的金相水砂纸上进行粗研磨，再分别在粒度为1500#、2000#的金相水砂纸上进行细研磨，在每一次更换砂纸粒度时，研磨方向要旋转90°，以确保能完全消除上一次的研磨痕迹。在本步骤中，关于非晶合金的镶样，为本领域的技术人员所知晓，是将非晶片的观察面露出，其余面均用环氧树脂或电木粉包覆，所以观察面只有一个面，且必须为平面。 

步骤2、抛光：用水冲洗掉研磨后的非晶合金样品上的砂砾，再在抛光机上进行抛光，在抛光过程中，沿样品表面的一方向抛亮后，再旋转90°继续抛光，使样品表面的研磨痕迹彻底消除；因为非晶合金的硬度大，本发明采用的抛光膏为0.5μm±0.1μm的金刚石水溶性或油溶性抛光膏。 

上述步骤1、步骤2为常规的制样过程，即对非晶合金表面进行粗研磨、细研磨及抛光的过程，用于得到适合的非晶合金金相的观察面。 

步骤3、腐蚀：采用金相腐蚀剂对非晶合金表面进行腐蚀：a、先采用氢氟酸、磷酸和草酸的混合溶液对非晶合金表面进行浸蚀，浸蚀时间30-60s；在所述的混合溶液中，氢氟酸的含量为0.12mol/L-0.45mol/L、磷酸的含量为0.15mol/L-0.74mol/L、草酸的含量为1.05mol/L-1.70mol/L，余量为水；在优选情况下，所述氢氟酸的含量为0.20mol/L-0.30mol/L、磷酸的含量为0.25mol/L-0.40mol/L、草酸的含量为1.45mol/L-1.60mol/L，余量为水。本步骤的混合溶液可通过混合0.5v％-2v％氢氟酸(质量百分比浓度为40％)、1v％-5v％磷酸(质量百分比浓度为85％)、8v％-13v％草酸(质量百分比浓度为99.5％)、以及水，进行配制。值得一提的是，可通过控制上述浸蚀时间和调节该混合溶液中各组分的含量来控制腐蚀速度。 

b、再采用FeCl₃和KCl的水溶液对非晶合金表面进行擦拭，擦拭时间为10-15s；所述的FeCl₃和KCl的水溶液中，FeCl₃的含量为3-15g/L，KCl的含量为35-100g/L；在优选情况下，所述FeCl₃的含量为8-12g/L，KCl的含量为45-60g/L；本步骤的水溶液可通过在100ml的水中加入3.5-10克的KCl、0.3-1.5克的FeCl₃进行配制。 

本发明的发明人对非晶合金金相组织进行了大量的研究发现，非晶合金的腐蚀实际上是一种电化学溶解过程，在非晶合金的组织中，不同组织处的电极电位都不相同，因而，采用本发明的初蚀腐蚀剂(氢氟酸、磷酸和草酸的混合溶液)对非晶合金进行浸蚀的过程中，非晶界面和溶液界面形成了很多微小原电池，电极电位较负的晶界成为阳极，不断以离子状态溶入溶液，因而晶界优选腐蚀溶解后形成沟槽，在显微镜下，因反射光在晶界沟槽处的漫反射而呈黑色线条，将多面体晶粒勾划出来，因而，经本发明的初蚀腐蚀剂浸蚀后的非晶合金样品，其晶体相已显露出来，可进行金相组织的观察；但是由于本发明的初蚀腐蚀剂属于酸性腐蚀剂，对非晶合金样品进行浸蚀后，会在非晶合金样品表面上形成氧化膜；因而，可再通过再蚀腐蚀剂(FeCl₃和KCl的水溶液)进行擦拭，除去该氧化膜，从而方便金相组织的观察。 

步骤4、清洗：用无水乙醇清洗非晶合金的观察面，干燥后即得到可观察的非晶合金； 

步骤5、观察：将清洗后的非晶合金放在金相显微镜下进行金相组织的观察。 

以下结合具体实施例，对本发明进行详细地说明。 

实施例1： 

样品是组成为Zr_56.2Ti_13.8Cu_6.9Ni_5.6Be_12.5Nb_5.0的非晶合金，将该非晶合金样品的观察面经研磨、抛光后选用含有0.12mol/L的氢氟酸、0.74mol/L的 磷酸、1.05mol/L的草酸、水余量的混合溶液浸蚀60s，再采用含有10克KCl₃、0.3克FeCl₃和100ml水的混合溶液进行擦拭，时间为10s左右，最后用无水乙醇清洗该金相观察面，并用电吹风吹干，即得到非晶合金样品A1。 

实施例2： 

样品是组成为Zr_56.2Ti_13.8Cu_6.9Ni_5.6Be_12.5Nb_5.0的非晶合金，将该非晶合金样品的观察面经研磨、抛光后选用含有0.25mol/L的氢氟酸、0.35mol/L的磷酸、1.5mol/L的草酸、水余量的混合溶液浸蚀50s，再采用含有5克KCl₃、1.0克FeCl₃和100ml水的混合溶液进行擦拭，时间为10s左右，最后用无水乙醇清洗该金相观察面，并用电吹风吹干，即得到非晶合金样品A2。 

实施例3： 

样品是组成为Zr_41.2Ti_13.8Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5的非晶合金，将该非晶合金的观察面经研磨、抛光后选用含有0.45mol/L的氢氟酸、0.74mol/L的磷酸、1.70mol/L的草酸、水余量的混合溶液浸蚀30s，再采用含有3.5克KCl₃、1.5克FeCl₃和100ml水的混合溶液擦拭，时间为10s左右，最后用无水乙醇清洗该金相观察面，并用电吹风吹干，即得到非晶合金样品A3。 

对比例1： 

样品是组成为Zr_56.2Ti_13.8Cu_6.9Ni_5.6Be_12.5Nb_5.0的非晶合金，将该非晶合金的观察面经研磨、抛光后选用含有10v％HF(质量百分比浓度为40％)、10v％HNO₃(质量百分比浓度为65％)、15v％丙酮、10v％醋酸干、其余为水的混合溶液(为背景技术中提到的CN101104935提供的金相腐蚀剂)浸蚀10s，浸蚀完取出合金样品，用水反复冲洗干净，再用沾酒精的棉球轻轻擦拭样品金相观察面，用电吹风吹干，得到非晶合金样品B1。 

性能测试

将通过实施例1-3制备得到的A1、A2、A3样品，以及对比例1制备得到的样品B1放到金相显微镜(奥林巴斯倒置金相显微镜GX-51)的载物台上(样品的观察面朝下)，在1000倍的放大倍数下观察样品，并拍照。 

参阅图1及图2，图1为样品A1的金相照片，图2为样品B1的金相照片，从图1可以清晰的看出样品A1中的金相组织，呈现树枝状的晶体相，样品表面没有形成污染层，晶体相清晰可辨，图2中可以看出B1的晶体相并未完全显现出来，组织衬度不高，从而影响观察非晶合金中的晶体相的形貌及分布情况，由此充分说明：本发明中所提供的金相腐蚀剂，适用于非晶合金中晶体相的观察，尤其是Zr基非晶合金中晶体相的观察。 

Claims (7)

1.一种非晶合金金相组织的观察方法，包括下述步骤：将非晶合金表面经过粗研磨、细研磨、抛光，并采用金相腐蚀剂进行腐蚀后，放在金相显微镜下进行金相观察，其特征在于，所述采用金相腐蚀剂进行腐蚀的步骤包括：

a、采用氢氟酸、磷酸和草酸的混合溶液对非晶合金表面进行浸蚀；

b、 再采用FeCl₃和KCl的水溶液对经过a步骤处理的非晶合金表面进行擦拭；

其中，步骤a所采用的氢氟酸、磷酸和草酸的混合溶液中，氢氟酸的含量为0.12 mol/L-0.45 mol/L、磷酸的含量为0.15 mol/L-0.74 mol/L、草酸的含量为1.05 mol/L-1.70 mol/L，余量为水；步骤b所采用的FeCl₃和KCl的水溶液中，FeCl₃的含量为3-15 g/L，KCl的含量为35-100 g/L。

2.如权利要求1所述的非晶合金金相组织的观察方法，其特征在于，在所述腐蚀步骤后，金相观察步骤前还包括清洗步骤：用无水乙醇清洗非晶合金表面并干燥。

3.如权利要求1中所述的非晶合金金相组织的观察方法，其特征在于，所述抛光采用的抛光膏为金刚石抛光膏。

4.如权利要求1所述的非晶合金金相组织的观察方法，其特征在于，步骤a的浸蚀时间为30-60s，步骤b的擦拭时间为10-15s。

5.如权利要求1所述的非晶合金金相组织的观察方法，其特征在于，步骤a所采用的氢氟酸、磷酸和草酸的混合溶液中，氢氟酸的含量为0.20mol/L-0.30 mol/L、磷酸的含量为0.25mol/L-0.40 mol/L、草酸的含量为1.45mol/L-1.60mol/L，余量为水。

6.如权利要求1所述的非晶合金金相组织的观察方法，其特征在于，步骤b所采用的FeCl₃和KCl的水溶液中，FeCl₃的含量为8-12 g/L，KCl的含量为45-60 g/L。

7.如权利要求1中所述的非晶合金金相组织的观察方法，其特征在于，所述非晶合金为Zr基非晶合金。

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