CN113702379A

CN113702379A - 一种显示高合金化镍基合金均匀化后组织的金相腐蚀方法

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Publication number: CN113702379A
Application number: CN202110997145.3A
Authority: CN
Inventors: 李沛; 杨征; 谷月峰; 袁勇; 鲁金涛; 严靖博
Original assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd; Huaneng Power International Inc
Current assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd; Huaneng Power International Inc
Priority date: 2021-08-27
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2041-08-27
Also published as: CN113702379B

Abstract

本发明公开了一种显示高合金化镍基合金均匀化后组织的金相腐蚀方法，属于金属材料技术领域。处理步骤如下：配制45mL～65mL的盐酸、15mL～18mL的硝酸、60mL～240mL超纯水和0.1g～0.2g五水合硫酸铜混合液，镶嵌后的试样进行研磨、抛光和清洗，确保表面粗糙度Ra不大于0.15。预腐蚀液为65mL的盐酸、18mL的硝酸、240mL超纯水和0.1g五水合硫酸铜混合而成，腐蚀的时间为10s～15s；腐蚀液为45mL的盐酸、15mL的硝酸、60mL超纯水和0.1g五水合硫酸铜混合而成，腐蚀的时间为20s～30s，试样进行清洗和干燥后置于光学显微镜或扫描电镜下观察。本发明提供一种显示高合金化镍基合金均匀化后组织的金相腐蚀方法，经本发明的方法腐蚀后，可观察到晶界及碳化物，解决铸态组织均匀化后晶界难以腐蚀且获得良好形貌的问题。

Description

一种显示高合金化镍基合金均匀化后组织的金相腐蚀方法

技术领域

本发明属于金属材料金相检验技术领域，具体涉及一种显示高合金化镍基合金均匀化后组织的金相腐蚀方法。

背景技术

相较于国外我国的能源供应主要依赖于煤炭，根据统计局统计到2019年我国燃煤火电厂仍然提供了约69％的电力能源，并且在未来的一段时间内煤电仍然占据主导位置。面对节能能减排的需求，不断的提升火电机组参数，采用高参数超超临界火电机组是现阶段的主要的解决方案，机组参数的提高对所用材料提出了更高的要求，尤其是针对高参数机组过/再热器管，其要求在服役期间将承受高温蠕变、热疲劳、氧化及高温烟气腐蚀等多重因素的影响。针对机组过/再热器管用材料，各国相继开发并验证了多种镍基高温合金，如美国IN740H镍钴铬基合金及Haynes282等镍基合金，为了应对严苛的使用环境，合金的合金化程度极高，因此导致较为严重的元素偏析，在后续开坯锻造过程中极易成为裂纹源，进而导致开裂。同时镍基合金在凝固时存在枝晶偏析，需要通过均匀化处理改善晶体内化学成分和组织的不均匀性。

一直以来金相观察大多依赖电解或化学腐蚀，通常的组织腐蚀方法主要针对析出相及晶界的碳化物，经过浸泡、擦拭或电解后会获得较好的观测形貌，通常高合金化镍基合金通常耐腐蚀，而均匀化后组织由于大量析出相发生了回溶，同时晶界没有足够的碳化物让晶界有明显的衬度，因而很难获得相应的组织形貌特征，现阶段研究文献中针对均匀化后的组织多使用电化学腐蚀，而电化学腐蚀其步骤繁琐且需要通过专业设备，因此希望提供一种简单化学腐蚀的方法实现对均匀化后组织的观察，而关键则是提高晶界和晶内的腐蚀差异并防止过腐蚀现象的发生。这对这种均匀化后的组织观测提出了新的挑战，同时也对观察方式提出了新的要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种显示高合金化镍基合金均匀化后组织的金相腐蚀方法，经本发明的方法腐蚀后，可观察到晶界及碳化物，解决铸态组织均匀化后晶界难以腐蚀获得良好形貌的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种金相腐蚀液，按照含量为45mL～65mL的盐酸、15mL～18mL的硝酸、60mL～240mL超纯水和0.05g～0.15g五水合硫酸铜混合而成。

本发明进一步的改进在于，盐酸为质量分数为36％～38％的AR级分析纯。

本发明进一步的改进在于，硝酸为质量分数65％～68％的AR级分析纯。

本发明进一步的改进在于，硫酸铜为五水合硫酸铜AR级分析纯。

一种显示高合金化镍基合金均匀化后组织的金相腐蚀方法，该方法采用所述的一种金相腐蚀液，包括以下步骤：

1)依次采用80目、280目、600目和1200目砂纸对镶嵌后的试样进行研磨；之后对研磨后的试样依次进行精细抛光、镜面抛光和清洗，确保表明粗糙度不大于0.15；

2)采用浸泡腐蚀的方法进行预腐蚀；

3)采用浸泡腐蚀的方法进行腐蚀；

4)浸泡腐蚀方法腐蚀后的试样进行清洗和干燥；

5)置于扫描电镜下或光镜下进行观察。

本发明进一步的改进在于，腐蚀的时间为20s～30s。

本发明进一步的改进在于，所述腐蚀的温度为常温。

本发明进一步的改进在于，所用电镜的观测模式为Inlens模式，观察电压为5kV。本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明腐蚀液中盐酸和硝酸起到溶解主要元素的作用，而硫酸铜溶液可以起到溶解质作用，本发明金相腐蚀过程实质是一个电化学腐蚀的过程，晶界晶内具有不同的电化学活性，晶界上通常活性较大，在腐蚀液中形成局部电池导致一部分凹陷而另一部分保持原有状态，因而产的高度差带来衬度进而成像，通过合理两步不同浓度腐蚀获得晶界和晶内较好的衬度差异。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

1、相较常用的镍基合金腐蚀液长时间腐蚀后仍然难以观察到晶界，本方法可以快速获得晶界组织形貌，同时保留晶内的组织信息。

2、本方腐蚀液配置容易，组分较少且配置过程无发热等现象，安全可靠。

3、本发明合金可同时获得清晰的晶界及碳化物形貌，提高了组织表征的效率。

4、本发明操作方法简单，无需特别辅助设备。

附图说明

图1为使用光学显微镜进行形貌观察结果。

图2为对比例使用光学显微镜进行形貌观察结果。

图3为使用光学显微镜进行形貌观察结果。

图4为使用扫描电镜进行立体形貌观察结果。

图5为使用光学显微镜进行形貌观察结果。

图6为使用扫描电镜进行立体形貌观察结果。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。

实施例1：实验材料按如下配比进行熔炼，质量百分比Fe：20％-30％，Cr：19％-25％，Al:0.5％-2.5％，Ti:1.0％-2.5％，Nb:≤2％，Mo:≤2％，W:≤2％，Ta:≤1％，Si:≤0.5％，Mn:≤1.0％，Cu:≤0.5％，C:≤0.05％，B:≤0.01％，Zr:≤0.03％，其余为Ni，铸造后经高温长时间均匀化。从铸锭边缘取样成金属小块，随后用200目、600目、800目和1200目砂纸，每道研磨到上一步划痕被遮盖位置，研磨后采用W3.5、W0.5和水进行精细抛光，确保表面粗糙度Ra不大于0.15，确保碳化物不发生破碎和剥落。分别取65mL盐酸、18mL硝酸、240mL超纯水和0.1g硫酸铜配置腐蚀液，腐蚀时间10s，在常温下腐蚀，腐蚀后采用超纯水冲洗，后利用酒精在超声波清洗器中清洗60s，吹干；腐蚀液为45mL的盐酸、15mL的硝酸、60mL超纯水和0.1g五水合硫酸铜配置腐蚀液，腐蚀时间30s，腐蚀后采用超纯水冲洗，后利用酒精在超声波清洗器中清洗60s，吹干，观察前使用红外线灯进行烘烤；使用光学显微镜进行观察，结果如图1所示。

通过观察可得通过实例1方法处理后，镍铁基合金可直接观察清晰的晶界和碳化物组织，腐蚀效果好，组织明显结构明显，无腐蚀不均匀或过腐蚀情况，便于进一步的组织分析。

对比组

腐蚀前处理步骤与实例1相同，此处采用常用的镍基合金腐蚀液45mL的盐酸、15mL的硝酸、60mL超纯水和0.1g五水合硫酸铜配置腐蚀液，腐蚀时间30s，腐蚀后采用超纯水冲洗，后利用酒精在超声波清洗器中清洗60s，吹干，观察前使用红外线灯进行烘烤；使用光学显微镜进行观察，结果如图2所示。同时采用常见的镍基合金腐蚀液如50％甘油+42％盐酸+8％硝酸的腐蚀剂和200mL盐酸+10g氯化铜+200mL无水酒精腐蚀剂长时间腐蚀均无法获得明显晶界形貌。

实施例2：Fe：20％-30％，Cr：19％-25％，Al:0.5％-2.5％，Ti:1.0％-2.5％，Nb:≤2％，Mo:≤2％，W:≤2％，Ta:≤1％，Si:≤0.5％，Mn:≤1.0％，Cu:≤0.5％，C:≤0.05％，B:≤0.01％，Zr:≤0.03％，其余为Ni，铸锭经过高温短时间均匀化。从铸锭1/2R处取金属小块，经线切割取样成金属小块，随后用200目、600目、800目和1200目砂纸，每道研磨到上一步划痕被遮盖位置，研磨后采用W3.5、W0.5和水进行精细抛光，确保表面粗糙度Ra不大于0.15，确保碳化物不发生破碎和剥落。分别取65mL盐酸、18mL硝酸、240mL超纯水和0.1g硫酸铜配置腐蚀液，腐蚀时间15s，在常温下腐蚀，腐蚀后采用超纯水冲洗，后利用酒精在超声波清洗器中清洗60s，吹干；腐蚀液为45mL的盐酸、15mL的硝酸、60mL超纯水和0.1g五水合硫酸铜配置腐蚀液，腐蚀时间20s，腐蚀后采用超纯水冲洗，后利用酒精在超声波清洗器中清洗60s，吹干，观察前使用红外线灯进行烘烤；使用光学显微镜进行形貌观察，结果如图3；使用扫描电镜进行立体形貌观察，采用Inlens模式，加速电压为5kV进行观察，结果如图4所示。

通过观察可得通过实例2方法处理后，镍铁基合金可直接观察清晰的晶界和碳化物组织，腐蚀效果好，组织明显结构明显，无腐蚀不均匀或过腐蚀情况，便于进一步的组织分析。

实施例3：Cr：15％～18％，Co：15％～20％，Ti：0.5％～1.5％，Al：3.5％～4.5％，W：5％～8.5％，Si：≤0.5％，Mn：≤0.5％，Nb：0.5％～1.5％，C：0.03％～0.08％，余量为Ni，铸锭经过高温短时间均匀化。从铸锭边缘取金属小块，随后用200目、600目、800目和1200目砂纸，每道研磨到上一步划痕被遮盖位置，研磨后采用W3.5、W0.5和水进行精细抛光，，确保表面粗糙度Ra不大于0.15，确保碳化物不发生破碎和剥落。分分别取65mL盐酸、18mL硝酸、240mL超纯水和0.1g硫酸铜配置腐蚀液，腐蚀时间10s，在常温下腐蚀，腐蚀后采用超纯水冲洗，后利用酒精在超声波清洗器中清洗60s，吹干；腐蚀液为45mL的盐酸、15mL的硝酸、60mL超纯水和0.1g五水合硫酸铜配置腐蚀液，腐蚀时间30s，腐蚀后采用超纯水冲洗，后利用酒精在超声波清洗器中清洗60s，吹干，观察前使用红外线灯进行烘烤；使用光学显微镜进行形貌观察，结果如图5；使用扫描电镜进行立体形貌观察，采用Inlens模式，加速电压为5kV进行观察，结果如图6所示。

通过观察可得通过实例3方法处理后，镍铁基合金可直接观察清晰的晶界和碳化物组织，腐蚀效果好，组织明显结构明显，无腐蚀不均匀或过腐蚀情况，便于进一步的组织分析。

总体而言，通过本发明可以获得优良的组织形貌，本处理方法不仅限于本实施例合金，在类似镍基合金也有极大的应用前景。

除以上实施例以外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替代或等效形成的技术方法，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种金相腐蚀液，其特征在于，按照含量为45mL～65mL的盐酸、15mL～18mL的硝酸、60mL～240mL超纯水和0.05g～0.15g五水合硫酸铜混合而成。

2.根据权利要求1所述的一种金相腐蚀液，其特征在于，盐酸为质量分数为36％～38％的AR级分析纯。

3.根据权利要求1所述的一种金相腐蚀液，其特征在于，硝酸为质量分数65％～68％的AR级分析纯。

4.根据权利要求1所述的一种金相腐蚀液，其特征在于，硫酸铜为五水合硫酸铜AR级分析纯。

5.一种显示高合金化镍基合金均匀化后组织的金相腐蚀方法，其特征在于，该方法采用权利要求1～5所述的一种金相腐蚀液，包括以下步骤：

1)依次采用80目、280目、600目和1200目砂纸对镶嵌后的试样进行研磨；之后对研磨后的试样依次进行精细抛光、镜面抛光和清洗；确保表面粗糙度Ra不大于0.15，确保碳化物不发生破碎和剥落，通过光学显微镜观察无划痕、杂质和孔洞；

2)采用浸泡腐蚀的方法进行预腐蚀；

3)浸泡腐蚀方法腐蚀后的试样进行清洗和干燥；

4)采用浸泡腐蚀的方法进行腐蚀；

5)浸泡腐蚀方法腐蚀后的试样进行清洗和干燥；

6)置于扫描电镜下或光镜下进行观察。

6.根据权利要求5所述的一种显示高合金化镍基合金均匀化后组织的金相腐蚀方法，其特征在于，预腐蚀液为65mL的盐酸、18mL的硝酸、240mL超纯水和0.1g五水合硫酸铜混合而成，预腐蚀的时间为10s～15s，表面轻微产生变色后试样依次用水和无水乙醇进行清洗并吹干，表面形成小于100nm的腐蚀钝化层。

7.根据权利要求5所述的一种显示高合金化镍基合金均匀化后组织的金相腐蚀方法，腐蚀液为45mL的盐酸、15mL的硝酸、60mL超纯水和0.1g五水合硫酸铜混合而成，其特征在于，腐蚀的时间为20s～30s，表面失去金属光泽，肉眼观察表面颜色均匀。

8.根据权利要求5所述的一种显示高合金化镍基合金均匀化后组织的金相腐蚀方法，其特征在于，所述腐蚀的温度为常温。

9.根据权利要求5所述的一种显示高合金化镍基合金均匀化后组织的金相腐蚀方法，其特征在于，所用扫描电镜的观测模式为Inlens模式，观察电压为5kV。