一种双相中锰钢的金相腐蚀剂以及金相组织显示方法

本发明涉及一种双相中锰钢的金相腐蚀剂以及金相组织显示方法。

背景技术：

金属材料的内部组织结构与硬度、强度、延展性等材料的性能有着密切的联系，而金相观察则是研究金属材料内部组织结构最为直接有效的方法。金相是指金属或合金的化学成分以及各种成分在金属或合金内部的物理状态和化学状态。采用定量金相学原理，由对二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定金相试样的金相组织的三维空间形貌，从而建立组成成分、组织和性能之间的定量关系。

要进行金相观察首先要使金属的晶向显示出来，然后用金相显微镜观察金属的金相组织。晶界是结构相同而取向不同晶体之间的界面，也就是晶粒与晶粒之间的接触面。在晶界上，原子排列从一个取向过渡到另一个取向，故金界处的原子排列处于过渡状态。

锰钢，又称为锰钢合金，是一种高强度的铁基金属材料，主要用于承受冲击挤压，磨损等恶劣的工况下，常以磨损消耗为主，部分发生断裂，变形，现在普遍适用于发动机下护板，滚珠轴承，推土机和挖掘机铲斗以及铁轨桥梁等。

现在常用的金相腐蚀剂有3％～4％硝酸酒精腐蚀剂，盐酸氯化铁水溶液等。传统腐蚀液对于双相中锰钢的金相腐蚀效果并不理想，腐蚀时间较长且腐蚀效果并不清晰。同时，对于中锰钢不同热处理试验件的腐蚀时，发现不同热处理状态的试样腐蚀条件不同尤其是腐蚀时间随着试验钢的热处理状态改变并不相同，腐蚀时间在不同中锰钢中时间在几秒到几分钟不定，时间范围较大，这样导致腐蚀工艺较为复杂同时腐蚀效果较难以把握。

鉴于此，本发明提出一种中锰钢的金相腐蚀剂，以改善传统腐蚀液的上述问题。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种双相中锰钢的金相腐蚀剂，该腐蚀剂的配制方法简单，使用方法方便，组织腐蚀清晰，效果良好。

本发明的第二目的在于提供一种双相中锰钢的金相组织显示方法，通过该方法，腐蚀效果良好，可以清晰的分析双相中锰钢材料的奥氏体铁素体组织效果。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种双相中锰钢的金相腐蚀剂，所述金相腐蚀剂为二水氯化铜、浓盐酸、无水乙醇、氯化钠、浓硫酸和水形成的混合溶液；所述二水氯化铜、浓盐酸、无水乙醇、氯化钠、浓硫酸和水之间的摩尔比分别为1～2：18～35：6～12：5～10：1～3：23～48。

优选地，在本发明较佳的实施例中，所述浓盐酸的浓度为36～38％，所述无水乙醇的浓度大于99.5％，所述浓硫酸的浓度为95～98％。

一种双相中锰钢的金相组织显示方法，其包括：

提供双相中锰钢试样；

对所述双相中锰钢试样进行手动打磨和机械抛光；

将抛光后的所述中锰钢试样浸入温度为20～30℃的所述金相腐蚀剂中，轻微旋转搅动，腐蚀10～20s后取出；

将腐蚀后的所述中锰钢试样用洗洁精、酒精、清水依次清洗，吹干，通过金相显微镜进行观察。

优选地，在本发明较佳的实施例中，所述手动打磨的步骤包括采用400目、600目、800目、1000目、1500目、2000目、2500目的砂纸依次打磨。

优选地，在本发明较佳的实施例中，所述机械抛光采用抛光盘，并采用型号为spop3030的抛光液。

优选地，在本发明较佳的实施例中，所述机械抛光过程中，上压盘顺时针旋转，转速为50r/min；下抛光盘逆时针旋转，转速为80r/min。

优选地，在本发明较佳的实施例中，所述上压盘的压力为8～12n。

优选地，在本发明较佳的实施例中，所述双相中锰钢试样通过热镶嵌法制备，镶嵌温度为130～140℃，保温时间为180～300s,镶嵌料为酚醛树脂，冷却方式为空冷。

本发明的效果如下：

1.本发明提供的金相腐蚀剂配制容易，使用方法方便，组织腐蚀清晰，效果良好。

2.本发明提供的金相组织显示方法，其对双相中锰钢的腐蚀效果良好，可以清晰的分析双相中锰钢材料的奥氏体铁素体组织效果，对于细晶双相中锰钢的腐蚀组织能够较为清晰的呈现，金相组织工整清晰，晶界分明，有利于科研人员对双相中锰钢材料组织的认识和研究。

3.本发明提供的金相组织显示方法，对于不同热处理试验件，腐蚀时间短，且时间范围跨度小，腐蚀效果容易把握。

4.本发明提供的金相组织显示方法，采用手动磨抛和机械抛光的方式，有利于保证试样表面平整光滑，保证没有划痕产生。

5.相对于3％～4％硝酸酒精腐蚀剂，盐酸氯化铁水溶液等常规金相腐蚀剂，本发明提供的腐蚀剂中，盐酸溶液与硫酸溶液能够更好的保证双相组织以及晶界腐蚀性差异，能够更清晰的观察到晶界以及双相的区分；合金中晶粒与晶粒之间、晶内与晶界以及各相之间的物理化学性质不同，具有不同的自由能，由于在盐酸和硫酸的混合溶液中发生电解腐蚀作用，腐蚀速率不同，导致实验钢能够呈现清晰的腐蚀效果；同时，氯化铜和氯化钠都能够保证这种金相腐蚀中微电解腐蚀效果更好。因此，该金相腐蚀剂通过多组分协同作用，对中锰钢的腐蚀效果良好。

附图说明

图1是本发明实施例4的试样的50倍金相组织图片；

图2是本发明实施例4的试样的200倍金相组织图片；

图3是本发明实施例5的试样的500倍金相组织图片；

图4是本发明实施例5的试样的sem组织图片；

图5是本发明实施例6的试样的金相组织图片；

图6是本发明对比例1的试样的金相组织图片。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。

实施例1

本实施例提供一种双相中锰钢的金相腐蚀剂，其通过下述方法制备：

首先量取30ml去离子水，再量取25ml无水乙醇加入去离子水中，再量取6ml浓硫酸加入，量取40ml盐酸加入、称2g氯化钠加入，最终称取5g二水氯化铜加入烧杯，用玻璃棒搅拌至完全溶解。

实施例2

本实施例提供一种双相中锰钢的金相腐蚀剂，其通过下述方法制备：

首先量取40ml去离子水，再量取30ml无水乙醇加入去离子水中，再量取8ml浓硫酸加入，量取55ml盐酸加入、称2g氯化钠加入，最终称取15g二水氯化铜加入烧杯，用玻璃棒搅拌至完全溶解。

实施例3

本实施例提供一种双相中锰钢的金相腐蚀剂，其通过下述方法制备：

首先量取55ml去离子水，再量取40ml无水乙醇加入去离子水中，再量取8ml浓硫酸加入，量取65ml盐酸加入、称3g氯化钠加入，最终称取15g二水氯化铜加入烧杯，用玻璃棒搅拌至完全溶解。

实施例4

本实施例提供一种双相中锰钢的金相组织显示方法，其包括：

(1)采用热镶嵌法镶嵌双相11mn中锰钢镶嵌，镶嵌温度为140℃，保温时间为300s,镶嵌料为酚醛树脂，冷却方式为空冷，取出试样待用。

(2)采用手动抛磨在400目、600目、800目、1000目、1500目、2000目、2500目的砂纸研磨；然后采用抛光布手动抛光，最后采用机械抛光，抛光上压盘转速为50r/min,下抛光盘的转速为80r/min，上压盘的压力为12n。抛光完毕采用酒精喷洗，取出表面的抛光液，再采用洗洁精喷洗，清洗后采用清水清洗，最后采用吹风机热风吹干。

(3)将抛光后的试样浸入实施例1提供的金相腐蚀剂中，手动采用镊子加持，使试样在金相腐蚀液中搅动保证腐蚀均匀，腐蚀时间为12s，观察试样腐蚀面变色，呈现朦胧雾状感，镜面消失，腐蚀面组织呈现。

(4)腐蚀后立即采用酒精清洗腐蚀试样表面，再采用洗洁精水溶液喷洗表面，最终采用清水冲洗，采用吹风机热风吹干，然后在金相显微镜下观察；试样放大倍数分别为50倍数和200倍的金相组织如图1，图2所示。

由图1、2可见，其金相组织工整清晰，晶界分明。

实施例5

本实施例提供一种双相中锰钢的金相组织显示方法，其包括：

(1)采用手动抛磨在400目、800目、1000目、1500目、2000目、2500目的砂纸研磨；最后采用机械抛光，抛光上压盘转速为80r/min,顺时针旋转，下抛光盘的转速为80r/min，逆时针旋转，上压盘的压力为8n。其余方法同实施例4。

(2)将抛光后的试样浸入实施例1提供的腐蚀剂中，腐蚀时间为18秒，直到试样完全变色，晶面初消失，快速取出。

(3)清洗方法同实施例4。

试样的金相组织如图3所示，扫描电镜观察下的组织如图4所示，可见其金相组织工整清晰，晶界分明。

实施例6

本实施例提供一种双相中锰钢的金相组织显示方法，其包括：

(1)除用机械抛光，抛光上压盘转速为50r/min,顺时针旋转，下抛光盘的转速为50r/min，逆时针旋转，上压盘的压力为15n。其余研磨、抛光方法同实施例4。

(2)将抛光后的试样浸入实施例1提供的腐蚀剂中，腐蚀14秒后迅速取出，直到试样腐蚀面变色，镜面消失，并显示出组织结构轮廓。

(3)清洗方法同实施例1。

试样的金相组织如图5所示，由图5可见，其金相组织工整清晰，晶界分明。

为更好的说明本发明金相腐蚀剂的腐蚀效果，特提供以下对比例：

对比例1

本对比例提供一种双相中锰钢采用硝酸酒精的金相组织显示方法，其包括：

(1)采用热镶嵌法镶嵌双相11mn中锰钢镶嵌，镶嵌温度为140℃，保温时间为300s,镶嵌料为酚醛树脂，冷却方式为空冷，取出试样待用。

(2)采用手动抛磨在400目、600目、800目、1000目、1500目、2000目、2500目的砂纸研磨；然后采用抛光布手动抛光，最后采用机械抛光，抛光上压盘转速为50r/min,下抛光盘的转速为80r/min，上压盘的压力为12n。抛光完毕采用酒精喷洗，取出表面的抛光液，再采用洗洁精喷洗，清洗后采用清水清洗，最后采用吹风机热风吹干。

(3)配比4％硝酸酒精腐蚀溶液，其中配比硝酸的含量为2ml，无水乙醇为48ml，将其依次导入烧杯配比为混合溶液，作为金相腐蚀剂待用。抛光后的试样浸入腐蚀剂中，直到腐蚀试样变色，表面不再光亮取出。

(4)清洗方法同实施例4

(5)试样的金相组织如图6所示，腐蚀效果较差，并不能显示较为清晰的相界轮廓形状。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。