Was sind die Schritte zur Probenvorbereitung mit einem metallographischen Mikroskop?

Metallurgische Mikroskope verfügen über verschiedene Beobachtungsmodi wie Hellfeld, Dunkelfeld, polarisiertes Licht und Differentialinterferenz. Bei der Beobachtung metallografischer Strukturen ist die Hellfeldmethode die am weitesten verbreitete Methode, und die meisten metallografischen Inspektionen können im Hellfeldmodus durchgeführt werden. Allerdings spielen Dunkelfeld, polarisiertes Licht und differenzielle Interferenz ihre eigene Rolle in der Materialanalyse.

Was sind also die Schritte zur Probenvorbereitung mit einem metallografischen Mikroskop?

1) Probenahme

Die Entnahme von Proben aus den zu prüfenden Metallmaterialien und Teilen wird als „Probenahme“ bezeichnet. Die Auswahl der Probenahmeorte und Schleifflächen muss sich an den Analyseanforderungen orientieren. Es gibt viele Methoden zum Abfangen. Für weiche Materialien können Sie Sägen, Drehen, Hobeln usw. verwenden; Für harte Materialien können Sie Schneidmethoden wie Schleifscheibenhobel oder Drahtschneidemaschinen verwenden. Bei harten und spröden Materialien können Sie Hämmerverfahren anwenden. Unabhängig von der verwendeten Methode sollte darauf geachtet werden, Gewebeverzerrungen durch plastische Verformung oder Erwärmung zu vermeiden und zu reduzieren. Es gibt keine einheitliche Regelung zur Größe der Stichprobe. Aus Sicht der einfachen Handhabung und des Schleifens beträgt der Durchmesser oder die Seitenlänge im Allgemeinen 15 bis 20 mm und die Höhe 12 bis 18 mm. Für Proben, die zu klein und unregelmäßig geformt sind und deren Kanten geschützt werden müssen, kann eine Montage oder eine mechanische Klemmung eingesetzt werden.

Die Montage metallografischer Proben erfolgt unter Verwendung von thermoplastischen Kunststoffen (z. B. Polyvinylchlorid), duroplastischen Kunststoffen (z. B. Bakelitpulver) und kondensierenden Kunststoffen (z. B. Epoxidharz + Härter) als Füllstoffe. Die ersten beiden Arten gehören zu den heißhärtenden Spachtelmassen, und die Heißfixierung muss auf einer speziellen Ausrüstung – einer Einlegemaschine – durchgeführt werden. Der dritte Typ gehört zu den kalthärtenden Spachtelmassen.

2) Grobschliff

Der Zweck des Grobmahlens besteht hauptsächlich aus den folgenden drei Punkten:

Zuschneiden Einige Exemplare, beispielsweise solche, die durch Hämmern zerschlagen wurden, haben sehr unregelmäßige Formen und müssen grob geschliffen und in regelmäßig geformte Exemplare zugeschnitten werden;

Schleifen Ganz gleich, mit welcher Methode Proben entnommen werden, die Schnitte sind oft nicht sehr glatt. Um die Beobachtungsfläche zu glätten und die beim Schneiden entstandene Verformungsschicht zu entfernen, ist ein Grobschleifen erforderlich;

Unter der Voraussetzung, dass das Anfasen den Zweck der Beobachtung nicht beeinträchtigt, müssen die Kanten und Ecken der Probe abgeschliffen werden, um Kratzer auf dem Schleifpapier und dem Polierstoff zu vermeiden.

3) Feinschliff

Nach dem Grobschleifen sind noch grobe und tiefe Abnutzungsspuren auf der Schleiffläche vorhanden. Um diese Verschleißspuren zu beseitigen, muss ein Feinschliff durchgeführt werden. Das Feinschleifen kann in zwei Arten unterteilt werden: manuelles Schleifen und mechanisches Schleifen. Derzeit ist das mechanische Schleifen die wichtigste Schleifmethode.

Das derzeit am häufigsten eingesetzte mechanische Mahlgerät ist die Vormahlmaschine. Der Motor treibt die mit Wasser-Schleifpapier bedeckte Scheibe in Rotation. Bewegen Sie die Probe beim Schleifen entlang der radialen Richtung der Scheibe hin und her. Die Kraft sollte gleichmäßig sein und die Probe sollte während des Mahlens mit Wasser gespült werden. Der Wasserfluss dient nicht nur der Kühlung der Probe, sondern nutzt auch die Zentrifugalkraft, um die heruntergefallenen Sandpartikel, abrasiven Rückstände usw. kontinuierlich an den Rand des Drehtellers zu schleudern. Die Schleifgeschwindigkeit beim mechanischen Schleifen ist viel höher als beim manuellen Schleifen, aber die Ebenheit ist nicht gut genug und die Oberflächenverformungsschicht ist ebenfalls schwerwiegend. Daher sollten Proben mit höheren Anforderungen oder weicheren Materialien manuell gemahlen werden.

4) Polieren

Der Zweck des Polierens besteht darin, die feinen Schleifspuren zu entfernen, die nach dem Feinschleifen auf der Schleifoberfläche zurückbleiben, um eine helle und spurlose Spiegeloberfläche zu erhalten. Es gibt drei Poliermethoden: mechanisches Polieren, elektrolytisches Polieren und chemisches Polieren, wobei mechanisches Polieren üblicherweise verwendet wird. Das mechanische Polieren erfolgt auf einer Poliermaschine. Das Poliergewebe (Leinwand wird üblicherweise zum Grobpolieren und Wolltuch zum Feinpolieren verwendet) wird in Wasser eingeweicht, abgeflacht, festgezogen und auf der Polierscheibe fixiert.

Betätigen Sie den Schalter, um die Polierscheibe gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, und streuen Sie zum Polieren eine geeignete Menge Polierflüssigkeit (eine Suspension aus Aluminiumoxid-, Chromoxid- oder Eisenoxid-Polierpulver plus Wasser) auf die Scheibe. Beim Polieren sollten Sie auf Folgendes achten:

Die Probe bewegt sich langsam entlang der radialen Richtung der Scheibe hin und her und dreht sich gleichzeitig in die entgegengesetzte Richtung der Polierscheibe. Wenn das Polieren fast beendet ist, führen Sie eine kurze Positionierung und leichtes Polieren durch.

Während des Poliervorgangs sollte häufig eine angemessene Menge Polierflüssigkeit oder Wasser hinzugefügt werden, um die Feuchtigkeit der Polierscheibe aufrechtzuerhalten. Sollte festgestellt werden, dass die Polierscheibe zu stark verschmutzt ist oder grobe Partikel enthält, muss sie vor der weiteren Verwendung sauber gespült werden.

Die Polierzeit sollte so weit wie möglich verkürzt und nicht zu lang sein. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, kann es in zwei Schritte unterteilt werden: Grobpolieren und Feinpolieren.

Beim Polieren von Nichteisenmetallen (wie Kupfer, Aluminium und deren Legierungen usw.) tragen Sie am besten etwas Seife auf oder tropfen Sie eine entsprechende Menge Seifenlauge auf die Polierscheibe.

5) Erosion

Wenn die polierte Probe unter einem metallographischen Mikroskop betrachtet wird, ist nur die glänzende polierte Oberfläche zu sehen. Auch Kratzer, Wasserflecken oder nichtmetallische Einschlüsse, Graphit und Risse im Material sind erkennbar. Allerdings muss das Metall analysiert werden. Die Phasenstruktur muss ebenfalls geätzt werden.

Es gibt viele Ätzmethoden. Die am häufigsten verwendete Methode ist das chemische Ätzen, bei dem die Probe durch das Ätzmittel chemisch aufgelöst und elektrochemisch geätzt wird, um das Gewebe freizulegen.

Das Ätzen von reinem Metall (oder einer einphasigen einheitlichen festen Lösung) ist grundsätzlich ein chemischer Auflösungsprozess. Atome an Korngrenzen haben eine höhere freie Energie und eine geringere Stabilität als Atome innerhalb des Korns, sodass sie leicht geätzt werden und Rillen bilden. Das Innere der Körner ist leicht geätzt und behält im Allgemeinen die ursprüngliche polierte Ebene bei. Unter Hellfeldbeobachtung erkennt man, dass einzelne Körner durch Korngrenzen getrennt sind. Wenn die Ätzung tiefer ist, kann man auch das Phänomen unterschiedlicher Helligkeit und Dunkelheit jedes Korns feststellen. Dies liegt daran, dass die Atome jedes Korns in unterschiedliche Richtungen angeordnet sind. Nach dem Ätzen der Grad der Neigung zwischen der freigelegten Oberfläche, die von der dichtesten Anordnung der Oberflächen dominiert wird, und der ursprünglich polierten Oberfläche.