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研磨和抛光简介

2018-01-22 16:41:32 admin 706

制备目标

无论制备要求如何,制备的整体目标都是一样的,即:

 

  • 必须保留所有结构元素

  • 表面不得出现划痕、变形现象

  • 不可在样品表面引入杂质

  • 样品必须为平面,且具备高反射性

  • 应获得最优样品单价

  • 所有制备必须可 100% 再现

机械样品制备的基本过程是使用精细研磨颗粒精整地加工材料,去除表面上的材料,以达到所需的结果。

去除材料的方法有三种:研磨、抛光和精研。这三种方法在引入样品表面变形度方面有所差异。

研磨位置 1 2 3

研磨

研磨是机械去除材料的第一步。

适当的研磨可去除已损坏或变形的表面材料,同时也可限制其他表面的变形度。研磨的目的是获得损伤度最小的平面,同时可通过最短时间的抛光轻松去除这些损伤。

可使用固定研磨颗粒去除材料,不过会产生样品材料碎屑(请参阅下文)。使用锋利的研磨颗粒去除材料碎屑的工艺可使样品产生最小的变形度,同时能达到最高的去除率。

研磨颗粒穿过固态样品表面的三个位置是:

研磨位置 3

位置 3:

研磨颗粒穿过样品表面,在表面留下一道划痕,且样品材料的变形度最小。

研磨位置 2

位置 2:

颗粒为半嵌入式,碎屑会不断增加。

研磨位置 1

位置 1:

颗粒接近样品表面。研磨颗粒完全固定在 X 轴方向;可沿 Y 轴方向移动(回弹力)。当研磨颗粒进入样品材料时便开始产生碎屑。

研磨可分为两个过程:

平面研磨 (PG)

这通常是研磨过程的第一步。无论样品的初始状况如何以及之前经过何种处理,平面研磨可确保所有样品表面都保持相似程度。此外,当加工同一样品夹中的几个样品时,须格外注意,在开始下一步,即精细研磨之前,必须确保这几个样品处于同一水平或“平面”上。对于平面研磨而言,为获得较高的统一材料去除率、缩减研磨时间和获得最大的平直度,最好选用尺寸相对较大的完全固定的颗粒。适当的 PG 表面可提供完美平直度的样品,进而缩减后续精细研磨步骤花费的制备时间。此外,有些表面可保留良好的边缘。在研磨期间,将释放新的研磨颗粒,以确保一致的材料去除率。

精细研磨 (FG)

精细研磨可提供变形度较小的表面,并且可在抛光期间轻松去除由此产生的变形。由于研磨纸存在缺陷,提供了替代的精细研磨复合表面,以便改进并且促进精细研磨。通过使用 15, 9 和 6 µm 大小的颗粒来实现高材料去除率。这适用于配有由特殊复合材料所制成表面的硬复合研磨盘(刚性研磨盘)。这有助于不断供应的金刚砂嵌入表面中,进而完成精细研磨操作。使用这些研磨盘,可获得平直度非常卓越的样品表面。在精细研磨盘上使用金刚石研磨剂可确保硬相位以及软相位的材料去除率保持一致。不仅软相位不会出现拖尾现象,脆性相位不会出现碎屑,并且样品可保持最佳的平直度。可以在极短的时间内完成后续的抛光步骤。

抛光

如同研磨一样,抛光用于去除之前步骤残留的损伤材料。这可通过使用较细的研磨颗粒来实现。抛光可分为两种不同的工艺:

金刚砂抛光

金刚砂抛光

金刚砂是一种可达到最大材料去除率和最佳平直度的磨料。当前没有哪种磨料可实现与此相媲美的结果。由于金刚石的硬度,其可轻松切削所有材料和相位。

在抛光期间,较小的碎屑尺寸有望获得无划痕和变形的样品表面。如果使用的是弹性更好的布料和尺寸更小的颗粒,例如 3 或 1 µm,则碎屑尺寸几乎为零。降低对样品施加的力也有助于减少抛光期间产生的碎屑尺寸。

氧化抛光

氧化抛光

某些材料,尤其是柔软和易延展的材料,需要使用氧化抛光执行最后的抛光,以获得最佳质量。颗粒尺寸约为 0.04 µm,pH 约为 9.8 的硅胶展现出卓越的抛光效果。化学活性和精细、温和的磨损效果的完美组合可打造出无划痕、无变形的样品。

精研

精研

在精研过程中,磨料悬敷在硬表面上。

在精研过程中,磨料悬敷在硬表面上。不可将研磨颗粒压入并固定在表面内。研磨颗粒可沿所有方向自由移动,碰撞凸出样品表面的小颗粒,因此会产生深度变形。原因是自由移动的研磨颗粒无法在样品表面产生真实的“碎屑”。

因此在精研期间,去除率(一定时间内的材料去除量)非常低,加工时间也非常长。如果是软材料,当研磨颗粒被牢牢嵌入时,常常会被压入到样品表面中。在材相试样制备过程中,应避免出现深度变形和嵌入颗粒。这意味着精研仅适用于制备硬质脆性材料,例如陶瓷和矿物试样。

研磨颗粒以滚动方式穿过试样表面的三个位置是:


精研位置 3

位置 3:

颗粒可滚动,但未碰触到试样表面。当颗粒通过试样碰掉一小块或大块材料时,具体要视颗粒形状而定。

精研位置 2

位置 2:

颗粒滚动撞掉一小块试样材料,将导致试样材料出现严重变形。

精研位置 1

位置 1:

颗粒接近试样表面。

如何研磨和抛光

材相试样制备的目的是展示试样的真实结构,无论是金属、陶瓷、烧结碳化物还是任何其他固体材料。

实现此目标最简单的方法就是系统制备方法。制备工作通常涉及在相同状况下检查相同材料,并且希望每次都能达到相同结果。这意味着制备结果必须具备再现性。

样品 制备须遵循一些适用于绝大多数材料的规则。在制备过程中,属性不同(硬度和延展性)的材料反应类似,并且需要相同的耗材。因此根据材料的属性,所有材料均可显示在 Metalogram 中,但这与这些材料属于某一材料类别并无关系。

如何选择制备方法

Metalogram 可根据特定物理属性显示材料:硬度和延展性。 

  • 硬度这是最容易测量的属性,但并不能根据这一材料信息找到正确的制备方法。

  • 延展性材料塑性变形的能力,这对于研磨和抛光而言非常重要。这一属性可展示材料如何应对机械磨损。

X 轴表示维氏硬度 (HV)。未以线性增长的方式表示数值的原因是软材料的制备方法多余硬材料的。软材料所得的 Metalogram 模型通常更具有延展性,而硬材料的模型通常更脆。