CN103993319A - 铝和铝铜合金宏观组织的腐蚀剂及显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝和铝铜合金宏观组织的腐蚀剂及显示方法，所述腐蚀剂由盐酸、硝酸、氢氟酸和蒸馏水按9:3:3:20的体积比配制，所述盐酸、硝酸的质量浓度分别为36.0-38.0%和65.0-68.0%，所述氢氟酸的质量浓度至少为40.0%。显示方法：（1）腐蚀剂的配制：将所述浓度的盐酸、硝酸、氢氟酸和纯净水按9:3:3:20的体积比混合，搅拌均匀；（2）处理试样，依次用80目、240目和400目的水砂纸打磨试样，使待腐蚀面平整且没有过大划痕；（3）腐蚀显示：将处理后试样的待腐蚀面浸入腐蚀液中，2-3分钟后用清水清洗表面，再用酒精喷洗并吹干。本发明能将铝和铝铜合金的宏观组织清晰显现出来，具有腐蚀效果好、重现性好、腐蚀剂易于配制等优点。

Description

铝和铝铜合金宏观组织的腐蚀剂及显示方法

技术领域

本发明属于金相检测分析技术领域，尤其涉及到一种铝和铝铜合金宏观组织的腐蚀剂及显示方法。

背景技术

金属材料的强度、硬度、延展性等性能与内部组织结构有着直接而密切的关系，所以金相观察是研究金属材料内部组织结构最为直接和有效的方法，金相是指金属和合金的化学成分在金属或合金内部的化学状态和物理状态，其中，宏观组织（亦称为“低倍组织”）是指用肉眼或放大镜（通常小于30倍）观察到的金属材料的组织，包括晶粒的大小、形态、分布和材料中存在的缺陷（如缩孔、气孔、裂纹、偏析和夹杂物等），根据宏观组织的形貌，可以判定金属材料的质量、存在的缺陷以及由此而造成的金属构件在使用过程中发生损坏失效的原因。而宏观组织的观察一般都需先将金属浸入金相腐蚀剂中，使金属的晶界显现出来，晶界是取向不同而结构相同的晶体之间的界面，也就是晶粒之间的接触面。在晶界面上，原子排列从一个取向转变到另一个取向，所以与晶粒不同，晶界处的原子排列处于过渡状态，其排列的规则性较差，自由能相对较高，因此容易被快速地腐蚀掉，形成凹处，腐蚀后除晶界完整显示外，各个晶粒由于取向和溶解度不同，在垂直光线的照射下，会清晰地显示出明暗不同的晶粒，很多情况下可以通过肉眼直接观察到晶粒的大小、形态和分布。

    铝和铜是工业上最广泛使用的材料之一，在国防、汽车工业、船舶工业、航空航天工业和日常生活中都起着重要作用，尤其是作为电力工业中最重要的输电材料，起着不可替代的作用。铝铜合金是工业上应用最早的铸造铝合金，由于

具有良好的耐热性和力学性能使其在实际生产中广泛应于工业中的各类机械构件。因此其性能的微小提高，都能获得巨大的经济效益。而铝和铝铜合金的性能在很大程度上是由其宏观组织的晶粒大小、形态和分布所决定的——细小的晶粒、较大的等轴晶比例有利于其机械性能的提高和宏观偏析的改善，为此冶金学家们开发出了众多的凝固细晶技术，如孕育、变质处理、微合金化和采用外场处理等，细晶处理后需及时对其宏观组织进行观察，了解细化效果，并根据效果及时调整细晶工艺。因此摸索得到合适的腐蚀剂，高效率地显示出铝和铝铜合金的宏观组织，及时了解其晶粒的大小、形态和分布具有重要意义。

现有显示铝和铝铜合金宏观组织的腐蚀剂中，在实际应用中效果大多不尽人意，例如《金相试样制备与显示技术》（中南大学出版社2005年版）中介绍的显示铝和铝合金一般组织的腐蚀剂成分和配比为盐酸：硝酸：氢氟酸：水=3:5:2:190，而在将该腐蚀剂实际应用于铝铜合金时发现存在诸多问题：腐蚀耗时较长，容易在试样表面形成一层难以去除的薄膜状污染层，观察表面模糊不清，难以辨认等。而本专利提供的腐蚀剂及显示方法克服了这些问题，能将铝和铝铜合金的宏观组织清晰显现出来，晶粒的大小、形态和分布清楚可辨，且具有操作简便、无需加热、重现性好、腐蚀剂易于配制等优点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种显示铝或铝铜合金宏观组织的腐蚀剂及显示方法, 且具有操作简便、无需加热、重现性好、腐蚀剂易于配制等优点。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明一种铝和铝铜合金宏观组织的腐蚀剂及显示方法，腐蚀剂由盐酸、硝酸、氢氟酸和纯净水配制而成，盐酸、硝酸、氢氟酸和纯净水的体积比为盐酸：硝酸：氢氟酸：纯净水=9:3:3:20。

上述盐酸、硝酸的质量浓度最好为36.0-38.0%和65.0-68.0%，上述氢氟酸的质量浓度最好至少为40.0%。

上述盐酸、硝酸和氢氟酸的纯度等级最好为化学纯或分析纯。

上述纯净水最好为蒸馏水或去离子水。

本发明一种显示铝和铝铜合金宏观组织的腐蚀剂及显示方法的工艺步骤依次如下：（1）腐蚀剂的配制：将所述浓度的盐酸、硝酸、氢氟酸和纯净水按9:3:3:20的体积比混合，搅拌均匀即可；（2）处理试样，依次用80目、240目和400目的水砂纸打磨试样的待腐蚀面，使最终打磨面平整且没有过大划痕；（3）腐蚀显示：将处理后试样的待腐蚀面浸入腐蚀液中，3-5分钟后用清水冲洗表面，对于腐蚀效果较差、显示效果模糊的部分区域，用镊子夹住棉花蘸取腐蚀剂进行专门擦拭，直到整个面显现出清晰均匀的宏观组织，然后用清水冲洗，酒精喷洗吹干。

上述腐蚀剂及显示方法适用于纯铝和铜含量在10%以下的铝铜合金。

上述试样的打磨最好使用预磨机或直接手磨。

上述样品的待腐蚀面浸入腐蚀液的深度最好为1-10mm。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下技术效果：

1.      操作简便，腐蚀剂成分易于获得，成本低廉，配制简便。

2.      无需加热，常温下即可进行。

3.      耗时少，重现性好。

4.      能将铝和铝铜合金的宏观组织清晰显现出来，肉眼观察下晶粒的大小、形态和分布清楚可辨。

附图说明

图1是纯铝按实施例1腐蚀后直接扫描得到的组织。

图2是铝-2%铜合金按实施例2腐蚀后直接扫描得到的组织。

图3是铝-4.5%铜合金按实施例3腐蚀后直接扫描得到的组织。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下各实施例中的盐酸、硝酸和氢氟酸的纯度等级均为化学纯，化学纯盐酸的质量浓度为36.0-38.0%，化学纯硝酸的质量浓度为65.0-68.0%，化学纯氢氟酸的质量浓度至少为40%。

实施例1

用于纯铝宏观组织的腐蚀剂及显示方法。

常温下，依次将27ml盐酸、9ml硝酸、9ml氢氟酸和60ml蒸馏水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌20秒，并静置1分钟，配制成腐蚀剂。

对重500克的工业纯铝（纯度为99.7%）试样进行打磨处理。所述打磨处理具体包括：以水作为润湿剂将试样润湿，然后进行打磨。依次使用80目、240目和400目的粗砂纸打磨需要观察的表面，每次打磨的时间一般可以为1-5分钟，这样可以得到大致平整且没有过大划痕的磨面。在打磨时，砂纸安放在预磨机上，由其带动旋转，预磨机的转速可以为200-400r/min，预磨机上方不断有水流下以起到润湿砂纸的作用，将待观察的表面朝向砂纸，并保持表面和砂纸均匀接触，按住试样在砂纸上磨。每次更换砂纸后将所述试样旋转一百八十度，直到将上一道工序的划痕完全磨掉，新的划痕方向一致、大小均匀、没有明显过粗的划痕，每次换砂纸前需用水将所述试样和新的砂纸清洗干净，以除去砂粒。打磨后用清水将试样表面清洗干净，并喷上酒精吹干。

将腐蚀剂倒入玻璃皿中，放入一小块棉花，将纯铝试样以待腐蚀面朝下的方向浸入腐蚀剂中，浸入深度为3mm，且试样边缘压在棉花上，以保证试样的待腐蚀面和腐蚀液充分接触反应。

2-3分钟后取出样品，并用清水冲洗，对于腐蚀效果较差、显示效果模糊的部分区域，用镊子夹住棉花蘸取腐蚀剂进行专门擦拭，直到整个面显现出清晰的宏观组织，然后用清水冲洗，酒精喷洗吹干。图1为此方法显示出的纯铝试样宏观组织的扫描照片。

实施例2

本实施例中的铝-2%铜合金试样重510克，由工业纯铝（纯度99.7%）和紫铜（纯度99.9%）熔炼而成，腐蚀剂的配制和试样的研磨、清洗、腐蚀过程同实施例1，图2为此方法显示出的铝-2%铜合金试样宏观组织的扫描照片。

实施例3

本实施例中的铝-4.5%铜合金试样重512克，由工业纯铝（纯度99.7%）和紫铜（纯度99.9%）熔炼而成，腐蚀剂的配制和试样的研磨、清洗、腐蚀过程同实施例1，图3为此方法显示出的铝-4.5%铜合金试样宏观组织的扫描照片。 

Claims (4)

1.一种铝和铝铜合金宏观组织的腐蚀剂，其特征在于该腐蚀剂的组成为：盐酸、硝酸、氢氟酸和蒸馏水的体积比为9:3:3:20。

2.根据权利要求书1所述的铝和铝铜合金宏观组织的腐蚀剂，其特征在于所述盐酸、硝酸的质量浓度分别为36.0-38.0%和65.0-68.0%，所述氢氟酸的质量浓度至少为40.0%。

3.一种铝和铝铜合金宏观组织的显示方法，其特征在于显示方法的工艺步骤如下：（1）腐蚀剂的配制：将所述浓度的盐酸、硝酸、氢氟酸和蒸馏水按9:3:3:20的体积比混合，搅拌均匀；（2）处理试样，依次用80目、240目和400目的水砂纸打磨试样的待腐蚀面，使最终打磨面平整，所有划痕均匀，都朝一个方向，且没有明显粗大的划痕；（3）腐蚀显示：将处理后试样的待腐蚀面浸入腐蚀液中，2-3分钟后用清水冲洗表面，再用酒精喷洗并吹干。

4.根据权利要求书3所述的铝和铝铜合金宏观组织的显示方法，其特征在于其特征在于，所述样品的待腐蚀面浸入腐蚀液的深度为1-10mm。