CN111809183A - 一种铜镓合金的金相腐蚀液以及金相显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜镓合金的金相腐蚀液以及金相显示方法，金相腐蚀液的质量分数为：硝酸10～30％、硫酸8～12％、氯化铵4～14％、氯化铬7～17％，余量为水；金相显示方法包括以下步骤：切割试样、第一阶段打磨、第二阶段打磨、第三阶段打磨、抛光、清洗干燥、腐蚀、冲洗。该种金相腐蚀液和金相显示方法能缩短腐蚀时间、便于控制腐蚀程度、能够清晰显示晶界和组织。

Description

一种铜镓合金的金相腐蚀液以及金相显示方法

技术领域

本发明涉及金相制备领域，尤其涉及一种铜镓合金的金相腐蚀液以及金相显示方法。

背景技术

学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，光电转换效率居各种薄膜太阳电池之首，接近于晶体硅太阳电池，而成本只是它的三分之一，被称为下一代非常有前途的新型薄膜太阳电池，是近几年研究开发的热点。此外，该电池具有柔和、均匀的黑色外观，是对于外观有较高要求场所的理想选择。

而铜镓合金作为制造铜铟镓硒薄膜太阳电池的一种重要原料，其原料本身的质量直接影响电池本身的性能，而合金的晶粒尺寸则可以反映出其自身强度和组织均匀性的优劣。为了研究该种铜镓合金，需要对该合金进行金相形貌研究，材料的金相形貌可以在一定程度上反映出材料基体相的组织结构和缺陷，从而发现显微组织的取向和状态、均匀性等，而这些因素往往决定着材料本身的质量，对材料制备工艺的调整，材料质量的检测等工作具有重大的指导作用。

目前为止，现有技术未涉及此种合金的腐蚀方法，现有技术中的铜及铜合金在各种大气下都具有良好的耐腐蚀性，暴露在空气中时，表面会与空气中的氧反应，迅速形成一层致密的氧化物薄膜，对基体起保护作用，所以使用腐蚀液进行腐蚀需要较长的腐蚀时间一般要5min以上，为了提高金相制备效率，多用电解方式进行腐蚀具体可参考公开号为CN109211648A的中国发明专利《一种氧化铝弥散强化铜合金金相样品的制备方法》，电解时间为60-120s，但其电腐蚀过程会受电流、电压、温度及时间等因素的影响，不仅成本较高且腐蚀程度较难掌握，本发明提供一种成本低、缩短腐蚀时间、便于控制腐蚀程度、能够清晰显示晶界和组织的铜镓合金的金相腐蚀液，并提供一种相应的简单有效的铜镓合金金相显示方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种成本低、缩短腐蚀时间、便于控制腐蚀程度、能够清晰显示晶界和组织的铜镓合金的金相腐蚀液。

本发明解决的另一个技术问题是提供一种与前述金相腐蚀液相匹配的金相显示方法。

该种铜镓合金的金相腐蚀液，质量分数为：硝酸10～30％、硫酸8～12％、氯化铵4～14％、氯化铬7～17％，余量为水。

优选的，硝酸13～27％、硫酸9～11％、氯化铵6～12％、氯化铬9～15％，余量为水。

进一步优选的，硝酸20％、硫酸10％、氯化铵8％、氯化铬12％、余量为水。

该种铜镓合金的金相显示方法，包括以下步骤：

(a)将铜镓合金的切割成尺寸为5～20mm*5～20mm*15～45mm的方形试样；该种尺寸更便于持握，从而便于操作；

(b)第一阶段打磨：选用60-400目的砂纸安装于打磨机上，以水为润湿剂进行打磨，选取5～20mm*5～20mm面为打磨面，所述打磨机转速为100～200r/min，打磨时间5～20分钟；即可将打磨面的切割痕打磨掉；

(c)第二阶段打磨：将试样用清水洗净，将所述打磨机上的砂纸更换为500～900目，且所述试样的打磨方向与所述第一阶段打磨的划痕呈60°～120°的夹角，所述打磨机转速为100～200r/min，继续打磨所述打磨面，打磨时间5～20分钟；

(d)第三阶段打磨：本阶段打磨与所述第二阶段打磨的区别为将所述砂纸更换为1000～1500目，其余步骤相同；

(e)抛光：将所述砂纸更换为抛光布，并加入抛光剂进行精细抛光，打磨机转速为100～200r/min，打磨时间为5～20分钟；

(f)将所述试样彻底清洗，随后用酒精擦拭水洗后的样块，干燥；

(g)配制腐蚀液质量分数为：硝酸10～30％、硫酸8～12％、氯化铵4～14％、氯化铬7～17％，余量为水；腐蚀：将所述试样的打磨面浸入腐蚀液内30-60秒取出，即可完成腐蚀；

(h)将腐蚀后的所述试样冲洗1-10分钟。

优选的，步骤(g)的腐蚀步骤前包括预腐蚀步骤：先将所述试样在配制的所述腐蚀液中浸蚀30秒钟，清洗后观察所述打磨面：

若打磨面无明显变化，则表示腐蚀较慢，根据需要在腐蚀步骤时对腐蚀液加热、或提高氯化铵的含量重新进行步骤(g)、或在腐蚀步骤时对腐蚀液做超声震荡以加快腐蚀；

若打磨面变化较大，呈较深的凹坑或较深的痕迹，则说明腐蚀过程过快发生了过腐蚀现象，此时则需要将打磨面重新进行步骤(b)-(e)，并降低氯化铵与氯化铬含量重新进行步骤(g)。

优选的，所述步骤(e)抛光的所述抛光布为多孔氯丁橡胶、丝绸、尼龙、绒布中的任意一种材质；所述抛光剂为二氧化硅、氧化铝、硅胶中的任意一种材质。

优选的，所述步骤(a)的所述试样的尺寸为12～15mm*12～15mm*25～35mm；

所述步骤(b)的所述砂纸为240～350目，选取12～15mm*12～15mm面为所述打磨面，所述转速为120～180r/min，打磨时间为10～15分钟；

所述步骤(c)的所述砂纸为600～800目，所述试样的打磨方向与所述第一阶段打磨的划痕呈80°～100°的夹角，所述打磨机转速为120～180r/min，打磨时间为10～15分钟；

所述步骤(d)的所述砂纸为1100～1300目；

所述步骤(e)的所述打磨机转速为120～180r/min，所述打磨时间为6～10分钟；

所述步骤(g)的配制腐蚀液质量分数为：硝酸13～27％、硫酸9～11％、氯化铵6～12％、氯化铬9～15％，余量为水；将所述试样的打磨面浸入腐蚀液内40-50秒取出，即可完成腐蚀；

所述步骤(h)的所述试样冲洗2～5min。

优选的，所述步骤(a)的所述试样的尺寸为12mm*12mm*25mm；

所述步骤(b)的所述砂纸为300目，选取12mm*12mm面为所述打磨面，所述转速为150r/min，打磨时间为15分钟；

所述步骤(c)的所述砂纸为600目，所述试样的打磨方向与所述第一阶段打磨的划痕呈90°的夹角，所述打磨机转速为150r/min，打磨时间为15分钟；

所述步骤(d)的所述砂纸为1200目；

所述步骤(e)的所述打磨机转速为150r/min，所述打磨时间为8分钟；

所述步骤(g)的配制腐蚀液质量分数为：硝酸20％、硫酸10％、氯化铵8％、氯化铬12％，余量为水；将所述试样的打磨面浸入腐蚀液内45秒取出，即可完成腐蚀；

所述步骤(h)的所述试样冲洗2min。

本发明的上述金相腐蚀液以及金相显示方法，适用范围广泛，对于任意含量的铜镓合金均适用，包括铜镓合金的质量分数比为Ga：Cu(Wt％)＝10：90～45：55，且相对致密度不低于95％，无孔洞和疏松。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的金相显示方法不需要用电以及相应的电解液，并且本发明的金相腐蚀液的配方所使用的组分都价位比较便宜，降低了成本。

2、因铜镓合金本身具有良好的耐腐蚀性，表面会与空气中的氧反应，形成致密的保护膜，减缓基体的腐蚀；本发明通过氯化铵以及其他硝酸、硫酸、氯化铬的互相配比提高了腐蚀氧化膜的速率，缩短了腐蚀时间。

3、本发明针对铜镓合金的腐蚀配制了对应的腐蚀液，该种腐蚀液的腐蚀过程较为平缓，使用该种腐蚀液进行腐蚀的时候可以通过对试样的观察来判断腐蚀程度，从而便于控制腐蚀程度，防止过腐蚀或欠腐蚀。

4、本发明的腐蚀液选用硝酸10～30％、硫酸8～12％、氯化铵4～14％、氯化铬7～17％、余量为水。本腐蚀液可以根据不同的铜镓合金成分进行调整，特别是根据铜元素的含量的高低来选择氯化铵的组分含量，当含铜量较高时，可以适当提高腐蚀液中氯化铵的含量。

5、本发明能够清晰显示铜镓合金的晶界和组织，清晰的晶界和金相组织帮助研究人员更准确地确定晶粒尺寸，从而反映出材料本身的特性，拥有更小的晶粒尺寸的合金，其材质的均匀性更好，在作为溅射原料时降低溅射过程中的电弧放电的可能性。

附图说明

图1为本发明的实施例1的金相照片；

图2为本发明的实施例2的金相照片；

图3为本发明的实施例3的金相照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下述实施例的金相腐蚀液以及金相显示方法，适用范围广泛，对于铜镓合金的质量分数比为Ga：Cu(Wt％)＝10：90～45：55，且相对致密度不低于95％，无孔洞和疏松的铜镓合金均具有良好的使用效果。

实施例1：

本实施例的铜镓合金的质量分数比为Ga：Cu(Wt％)＝20：80

(a)将铜镓合金的切割成尺寸为12mm*12mm*25mm的方形试样；该种尺寸更便于持握，从而便于操作；

(b)第一阶段打磨：选用300目的砂纸安装于打磨机上，以水为润湿剂进行打磨，选取12mm*12mm面为打磨面，所述打磨机转速为150r/min，打磨时间15分钟；即可将打磨面的切割痕打磨掉；

(c)第二阶段打磨：将试样用清水洗净，将所述打磨机上的砂纸更换为600目，且所述试样的打磨方向与所述第一阶段打磨的划痕呈90°的夹角，所述打磨机转速为150r/min，继续打磨所述打磨面，打磨时间15分钟；

(d)第三阶段打磨：本阶段打磨与所述第二阶段打磨的区别为将所述砂纸更换为1200目，其余步骤相同；

(e)抛光：将所述砂纸更换为抛光布，并加入抛光剂进行精细抛光，打磨机转速为150r/min，打磨时间为8分钟；

(f)将所述试样彻底清洗，随后用酒精擦拭水洗后的样块，干燥；

(g)配制腐蚀液质量分数为：硝酸20％、硫酸10％、氯化铵8％、氯化铬12％，余量为水；将所述试样的打磨面浸入腐蚀液内45秒取出，即可完成腐蚀；

(h)将腐蚀后的所述试样冲洗2分钟。

本实施例的试样的金相照片如图1所示，从中能够清晰看到相应的晶界和组织。

实施例2：

本实施例的铜镓合金的质量分数比为Ga：Cu(Wt％)＝45：55

(a)将铜镓合金的切割成尺寸为5mm*5mm*15mm的方形试样；该种尺寸更便于持握，从而便于操作；

(b)第一阶段打磨：选用60目的砂纸安装于打磨机上，以水为润湿剂进行打磨，选取5mm*5mm面为打磨面，所述打磨机转速为100r/min，打磨时间5分钟；即可将打磨面的切割痕打磨掉；

(c)第二阶段打磨：将试样用清水洗净，将所述打磨机上的砂纸更换为500目，且所述试样的打磨方向与所述第一阶段打磨的划痕呈60°的夹角，所述打磨机转速为100r/min，继续打磨所述打磨面，打磨时间5分钟；

(d)第三阶段打磨：本阶段打磨与所述第二阶段打磨的区别为将所述砂纸更换为1000目，其余步骤相同；

(e)抛光：将所述砂纸更换为抛光布，并加入抛光剂进行精细抛光，打磨机转速为100r/min，打磨时间为5分钟；

(f)将所述试样彻底清洗，随后用酒精擦拭水洗后的样块，干燥；

(g)配制腐蚀液质量分数为：硝酸10％、硫酸8％、氯化铵4％、氯化铬7％，余量为水；将所述试样的打磨面浸入腐蚀液内60秒取出，即可完成腐蚀；

(h)将腐蚀后的所述试样冲洗1分钟。

本实施例的试样的金相照片如图2所示，从中能够清晰看到相应的晶界和组织。

实施例3：

本实施例的铜镓合金的质量分数比为Ga：Cu(Wt％)＝10：90

(a)将铜镓合金的切割成尺寸为20mm*20mm*45mm的方形试样；该种尺寸更便于持握，从而便于操作；

(b)第一阶段打磨：选用400目的砂纸安装于打磨机上，以水为润湿剂进行打磨，选取20mm*20mm面为打磨面，所述打磨机转速为200r/min，打磨时间20分钟；即可将打磨面的切割痕打磨掉；

(c)第二阶段打磨：将试样用清水洗净，将所述打磨机上的砂纸更换为900目，且所述试样的打磨方向与所述第一阶段打磨的划痕呈120°的夹角，所述打磨机转速为200r/min，继续打磨所述打磨面，打磨时间20分钟；

(d)第三阶段打磨：本阶段打磨与所述第二阶段打磨的区别为将所述砂纸更换为1500目，其余步骤相同；

(e)抛光：将所述砂纸更换为抛光布，并加入抛光剂进行精细抛光，打磨机转速为200r/min，打磨时间为20分钟；

(f)将所述试样彻底清洗，随后用酒精擦拭水洗后的样块，干燥；

(g)配制腐蚀液质量分数为：硝酸30％、硫酸12％、氯化铵14％、氯化铬17％，余量为水；将所述试样的打磨面浸入腐蚀液内30秒取出，即可完成腐蚀；

(h)将腐蚀后的所述试样冲洗10分钟。

本实施例的试样的金相照片如图3所示，从中能够清晰看到相应的晶界和组织。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种铜镓合金的金相腐蚀液，其特征在于质量分数为：硝酸10～30％、硫酸8～12％、氯化铵4～14％、氯化铬7～17％，余量为水。

2.根据权利要求1所述的铜镓合金的金相腐蚀液，其特征在于质量分数为：硝酸13～27％、硫酸9～11％、氯化铵6～12％、氯化铬9～15％，余量为水。

3.根据权利要求2所述的镓合金的金相腐蚀液，其特征在于质量分数为：硝酸20％、硫酸10％、氯化铵8％、氯化铬12％、余量为水。

4.一种铜镓合金的金相显示方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)将铜镓合金的切割成尺寸为5～20mm*5～20mm*15～45mm的方形试样；

(b)第一阶段打磨：选用60-400目的砂纸安装于打磨机上，以水为润湿剂进行打磨，选取5～20mm*5～20mm面为打磨面，所述打磨机转速为100～200r/min，打磨时间5～20分钟；

(c)第二阶段打磨：将试样用清水洗净，将所述打磨机上的砂纸更换为500～900目，且所述试样的打磨方向与所述第一阶段打磨的划痕呈60°～120°的夹角，所述打磨机转速为100～200r/min，继续打磨所述打磨面，打磨时间5～20分钟；

(d)第三阶段打磨：本阶段打磨与所述第二阶段打磨的区别为将所述砂纸更换为1000～1500目，其余步骤相同；

(e)抛光：将所述砂纸更换为抛光布，并加入抛光剂进行精细抛光，打磨机转速为100～200r/min，打磨时间为5～20分钟；

(f)将所述试样彻底清洗，随后用酒精擦拭水洗后的样块，干燥；

(g)配制腐蚀液质量分数为：硝酸10～30％、硫酸8～12％、氯化铵4～14％、氯化铬7～17％，余量为水；腐蚀：将所述试样的打磨面浸入腐蚀液内30-60秒取出，即可完成腐蚀；

(h)将腐蚀后的所述试样冲洗1-10分钟。

5.根据权利要求4所述的铜镓合金的金相显示方法，其特征在于：所述步骤(e)抛光的所述抛光布为多孔氯丁橡胶、丝绸、尼龙、绒布中的任意一种材质；所述抛光剂为二氧化硅、氧化铝、硅胶中的任意一种材质。

6.根据权利要求4或5所述的铜镓合金的金相显示方法，其特征在于：

所述步骤(a)的所述试样的尺寸为12～15mm*12～15mm*25～35mm；

所述步骤(b)的所述砂纸为240～350目，选取12～15mm*12～15mm面为所述打磨面，所述转速为120～180r/min，打磨时间为10～15分钟；

所述步骤(c)的所述砂纸为600～800目，所述试样的打磨方向与所述第一阶段打磨的划痕呈80°～100°的夹角，所述打磨机转速为120～180r/min，打磨时间为10～15分钟；

所述步骤(d)的所述砂纸为1100～1300目；

所述步骤(e)的所述打磨机转速为120～180r/min，所述打磨时间为6～10分钟；

所述步骤(g)的配制腐蚀液质量分数为：硝酸13～27％、硫酸9～11％、氯化铵6～12％、氯化铬9～15％，余量为水；将所述试样的打磨面浸入腐蚀液内40-50秒取出，即可完成腐蚀；

所述步骤(h)的所述试样冲洗2～5min。

7.根据权利要求6所述的铜镓合金的金相显示方法，其特征在于：

所述步骤(a)的所述试样的尺寸为12mm*12mm*25mm；

所述步骤(b)的所述砂纸为300目，选取12mm*12mm面为所述打磨面，所述转速为150r/min，打磨时间为15分钟；

所述步骤(c)的所述砂纸为600目，所述试样的打磨方向与所述第一阶段打磨的划痕呈90°的夹角，所述打磨机转速为150r/min，打磨时间为15分钟；

所述步骤(d)的所述砂纸为1200目；

所述步骤(e)的所述打磨机转速为150r/min，所述打磨时间为8分钟；

所述步骤(g)的配制腐蚀液质量分数为：硝酸20％、硫酸10％、氯化铵8％、氯化铬12％，余量为水；将所述试样的打磨面浸入腐蚀液内45秒取出，即可完成腐蚀；

所述步骤(h)的所述试样冲洗2min。

8.根据权利要求6所述的铜镓合金的金相显示方法，其特征在于：所述铜镓合金的质量分数比为Ga：Cu(Wt％)＝10：90～45：55，且相对致密度不低于99％，无孔洞和疏松。

9.根据权利要求4所述的铜镓合金的金相显示方法，其特征在于：步骤(g)的腐蚀步骤前包括预腐蚀步骤：先将所述试样在配制的所述腐蚀液中浸蚀30秒钟，清洗后观察所述打磨面：

若打磨面无明显变化，则表示腐蚀较慢，根据需要在腐蚀步骤时对腐蚀液加热、或提高氯化铵的含量重新进行步骤(g)、或在腐蚀步骤时对腐蚀液做超声震荡以加快腐蚀；

若打磨面变化较大，呈较深的凹坑或较深的痕迹，则说明腐蚀过程过快发生了过腐蚀现象，此时则需要将打磨面重新进行步骤(b)-(e)，并降低氯化铵与氯化铬含量重新进行步骤(g)。

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