CN1257396C - 一种用于透射电镜观察的化学沉积镍固定合金粉末制样方法 - Google Patents
一种用于透射电镜观察的化学沉积镍固定合金粉末制样方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于透射电镜观察的化学沉积镍固定合金粉末制样方法，其特征在于采用按配比配好沉积溶液并置于烧杯中，然后将涂有粉末的铜块轻轻放入盛有沉积液的烧杯中的绝缘片上；将烧杯平稳地放入恒温(83-92℃)水浴中，进行化学沉积，沉积4-6小时。将沉积在铜块上的薄膜取下，再粘贴在毛玻璃上，用砂纸打磨至30-50μm，取下后冲成直径为3mm的小圆片用于离子减薄。离子薄化器的真空度为10-5-10-4Pa，电流0.6-0.2mA、电压4.5-7KV，减薄时间5-10小时，离子束角度7-20度；经上述制度减薄后，有部分粉末颗粒边缘近中心区域出现薄区。本发明具有设备简单、操作易控制、制样成功率高等优点。
Description
技术领域：
本发明属于透射电镜(TEM)实验样品制备技术领域。
背景技术：
在粉末冶金方法制备合金中，作为合金的基元粉末颗粒凝固组织特征及其相组成会直接影响粉末固实成型(冷、热等静压等)后的显微组织，从而最终影响材料的力学性能。为优化制粉工艺及选择后续加工工艺参数，通常需要对原始粉末颗粒凝固组织特征进行系统研究，由于粉末颗粒细小(几十微米到几百微米之间)，使得用于透射电镜(TEM)观察的样品制备非常困难，一直困扰大多数材料组织研究者，R.D.Field和H.L.Fraser及A.M.Ritter和M.F.Henry分别在文献中曾用电镀方法将镍基高温合金粉末固定在薄铜板上，并制成薄晶体，但是电镀方法工艺流程繁杂，影响因素较多，成功率较低，成本也贵，采用化学沉积镍固定合金粉末制样技术还没见报导。
发明内容：
本发明解决了电镀方法工艺流程繁杂、，成功率低，、成本高等问题。
本发明通过运用数理统计正交实验的设计与分析，确定最佳化学镀镍沉积液的化学配比和优化的工艺参数(温度、时间、粉末数量、PH值等)，将合金粉末用化学沉积方法固定在活化状态的铜块上，获得沉积层表面平滑、致密牢固。采用特殊剥离方法可把沉积层从铜块上剥离下来成为薄片，再经适当研磨、浸蚀制成金相观察样品和扫描电镜用样品，同样也可用于透射电镜观察用薄晶体试样的制备。
本发明的工艺流程为：
1、化学沉积的配比及实验条件的确定
沉积液配比：硫酸镍：24-26g/l+次亚磷酸钠：22-23g/l+无水醋酸钠14-15g/l+柠檬酸：1.5-2.5g/l+醋酸铅：2-3ml/l；
沉积液PH值：4.5～5(用H2SO4或NaOH调整)；
温度：83～92℃。
2、化学沉积镍固定粉末颗粒
用如图4所示的装置进行化学沉积镍固定粉末颗粒，步骤如下：
(1)按配比配好沉积液，待沉积液完全均匀后，用PH试纸检查沉积液的PH值。
(2)将黄铜块用粗砂纸打磨平整后，把铜块与粉末分别放入浓盐酸中活化1～2小时。
(3)铜块和粉末活化后分别用去离子水清洗，并立刻将润湿的粉末均匀地涂在铜块上，并用干净的玻璃片压平、压实。
(4)将烧杯中放入0.5-0.7的沉积液，并放入一块稍大于铜块的平整的绝缘片(如玻璃片等)，然后将涂有粉末的铜块轻轻放入沉积液中绝缘片上。
(5)将烧杯平稳地放入恒温水浴中，水浴温度调整至83-92℃，进行化学沉积，沉积过程中要不断加入新的沉积液，以确保沉积效果。
(6)沉积4-6小时后，取出样品并用水冲洗干净，化学沉积完毕。
3、粉末颗粒薄晶体式样的制备
(1)将沉积在铜块上的薄膜取下，再粘贴在毛玻璃上，用砂纸打磨至30-50μm，取下后冲成直径为3mm的小圆片用于离子减薄。
(2)离子薄化器的真空度为10-5-10-4Pa，电流0.6-0.2mA、电压4.5-7KV，减薄时间5-10小时，离子束角度7-20度。经上述制度减薄后，有部分粉末颗粒边缘近中心区域出现薄区，可用于电镜分析。
本发明的优点在于：化学沉积镍固定合金粉末颗粒技术具有设备简单、操作易控制、制样成功率高等优点。
附图说明
图1是NiSO4、NaH2PO2、NaAC含量对沉积速度影响。图中纵坐标：沉积速度(μm/h)；横坐标：试剂含量(％)，曲线1是醋酸钠对沉积速度影响；曲线2是次亚磷酸钠对沉积速度影响；曲线3是硫酸镍对沉积速度影响。
图2是柠檬酸含量对沉积速度影响。图中纵坐标：沉积速度(μm/h)；横坐标：试剂含量(％)，曲线4是柠檬酸对沉积速度影响。
图3镀层与铜基体结合形貌图。铜基体5，镀层6
图4是化学沉积装置示意图。其中电热恒温水浴锅7、开关8、恒温指示灯9，温度计10、烧杯11、沉积液12、铜块13、玻璃片14、合金粉末15。
图5是用本发明成功制作的TEM薄晶体试样照片。其中
具体实施方式：
1、化学沉积液的配比及实验条件的确定
预试化学镀镍沉积液配方及实验条件如下：
沉积液：硫酸镍(25g/l)+次亚磷酸钠(22.5g/l)+无水醋酸钠(15g/l)+柠檬酸(2g/l)+醋酸铅(5滴/l)；
沉积液PH值：4.6；
实验温度：88℃。
基板和粉末：用5％盐酸酒精溶液清洗(30分钟)，然后在活化的铜块上均匀分布镍基粉末高温合金(FGH95)粉末颗粒(Φ50-150μm)
为了确定最佳配比沉积液，找出各因素的影响规律，采用数理统计正交设计及分析，对硫酸镍含量、次亚磷酸钠含量、醋酸钠含量、柠檬酸含量对沉积速度的影响做了大量系统实验研究，如附图1、附图2所示，并根据其数据进行正交设计实验，得出最佳实验方案，其沉积液配比及实验条件如下：
沉积液配比：硫酸镍(25g/l)+次亚磷酸钠(21g/l)+无水醋酸钠(13.5g/l)+柠檬酸(2g/l)+醋酸铅(2.5ml/l)；
溶液PH值：4.6(用H2SO4或NaOH调整)；
实验温度：88℃。
采用上述沉积液配比及实验条件，沉积速度可达21μm/h，沉积层表面平滑、致密牢固，与粉末颗粒及铜基体结合紧密，镀层成分为Ni：91.159％，P：8.841％(图3)。
2、化学沉积镍固定粉末颗粒技术
用如图4所示的装置进行化学沉积镍固定粉末颗粒，步骤如下：
(1)按配比配好沉积液，待沉积液完全均匀后，用PH试纸检查沉积液的PH值是否在4.5～5之间，如有偏差可用浓硫酸或氢氧化钠调整。
(2)将黄铜块(13×12mm)用粗砂纸(200#)打磨平整后，把铜块与粉末分别放入浓盐酸中活化1.5小时。
(3)铜块和粉末活化后分别用去离子水清洗数次，并立刻将润湿的粉末均匀地涂在铜块上，并用干净的玻璃片压平、压实。
(4)将烧杯中放入0.6的沉积液，并放入一块稍大于铜块的平整的绝缘片(如玻璃片等)，然后将涂有粉末的铜块轻轻放入沉积液中绝缘片上。
(5)将烧杯平稳地放入恒温水浴中，水浴温度调整至88℃，进行化学沉积，沉积过程中要不断加入新的沉积液，以确保沉积效果。
(6)沉积5小时后，取出样品并用水冲洗干净，化学沉积完毕。
3、粉末颗粒薄晶体式样的制备
(1)将沉积好的样品用砂纸打磨成金相试样后，将沉积层从毛玻璃上取下，用砂纸打磨至50μm以下，冲成直径为3mm的小圆片用于离子减薄。
(2)将直径3mm的小圆片放入LBS-1离子薄化器中(真空度为10-5Pa)，先用大角度20度(电流0.6mA、电压7KV)减薄5小时，再用角度14度(电流0.4mA、电压6KV)减薄10小时，然后用小角度7度(电流0.2mA、电压4.5KV)减薄7小时。经上述制度减薄后，有部分粉末颗粒边缘近中心区域出现薄区，可用于电镜分析(图5示出用该方法制备试样的透射电镜照片)。
Claims (1)
1、一种用于透射电镜观察的化学沉积镍固定合金粉末制样方法，其特征在于：工艺流程为：
a化学沉积液的配比及实验条件的确定
沉积液配比：硫酸镍∶24-26g/l+次亚磷酸钠∶22-23g/l+无水醋酸钠14-15g/l+柠檬酸∶1.5-2.5g/l+醋酸铅∶2-3ml/l，沉积液PH值：4.5-5，温度：83-92℃；
b化学沉积镍固定粉末颗粒
化学沉积镍固定粉末颗粒，步骤如下：按配比配好沉积液，待沉积液完全均匀后，用PH试纸检查沉积液的PH值；将黄铜块用粗砂纸打磨平整后，把铜块与粉末分别放入浓盐酸中活化1-2小时；铜块和粉末活化后分别用去离子水清洗，并立刻将润湿的粉末均匀地涂在铜块上，并用干净的玻璃片压平、压实；将烧杯中放入0.5-0.7的沉积液，并放入一块稍大于铜块的平整的绝缘片，然后将涂有粉末的铜块轻轻放入沉积液中绝缘片上；将烧杯平稳地放入恒温水浴中，水浴温度调整至83-92℃，进行化学沉积，沉积4-6小时后，取出样品并用水冲洗干净，化学沉积完毕；
c粉末颗粒薄晶体式样的制备
将沉积在铜块上的薄膜取下，再粘贴在毛玻璃上，用砂纸打磨至30-50μm，取下后冲成直径为3mm的小圆片用于离子减薄，离子薄化器的真空度为10-5-10-4Pa，电流0.6-0.2mA、电压4.5-7KV，减薄时间5-10小时，离子束角度7-20度；经上述制度减薄后，有部分粉末颗粒边缘近中心区域出现薄区，可用于电镜分析。
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