Методика химического травления
Лабораторная работа № 2
ВЫЯВЛЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ СПЛАВОВ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ
ТРАВЛЕНИЯ
(2 часа)
2.1 Цель работы: Ознакомиться с различными методами выявления микростуктуры металлов и сплавов, выбором травления в зависимости от цели исследования.
Освоить практику химического и электролитического травления различных сплавов.
Основные теоретические положения
При проведении металлографического анализа выявление структуры металлов и сплавов является одной из основных операций. На отполированной нетравленой поверхности микрошлифа под микроскопом можно наблюдать лишь зерна, дающие рельеф при полировке. Травление увеличивает оптический контраст на границах раздела различных структурных составляющих. Выявление микроструктуры проводится с помощью химического травления растворами и электрохимического травления. Реже используются специальные методы: окрашивание фаз и структурных составляющих путем создания на них тонких окисных пленок, магнитная металлография, ионное травление, тепловое.
Химическое травление
Химическое травление растворением является одним из наиболее распространенных методов выявления микроструктуры. Оно основано на использовании различной скорости растворения отдельных участков металла, отличающихся по химическому составу или физическому строению. Поверхность шлифа, покрытая травителем, представляет собой гальванический элемент, состоящий из большого числа соединенных между собой микроскопических электродов. В электрохимической паре структурные составляющие сплава, обладающие повышенной энергией, имеют наиболее электроотрицательный потенциал (границы зерен и разных фаз, кристаллиты, выходящие на поверхность шлифа менее упакованными кристаллографическими плоскостями). Поэтому они играют роль микроскопических анодов и растворяются в травителе-электролите, вызывая потемнение шлифа в этих места. Структурные составляющие с более положительным электродным потенциалом являются катодами, и при травлении остаются неизменными. В результате травления образуется система выступов и впадин, характеризующих микроструктуры сплава. В соответствии с законом отражения угол отражения света, падающего на зеркально полированную поверхность, равен углу падения. При наличии рельефа на отражающей поверхности (рис.2.1) возникает разность фаз между лучами, отраженными от выступов и впадин вместо зеркального отражения происходит рассеивание света (рис.2.1,а).
 |
| Рис.2.1. Схема образования контраста в изображении рельефных структур: а - формирование контраста; б - граница зерен; в - избирательное растравливание одной из фаз; г - граница с примесями |
Оптический контраст в изображении структурных составляющих получается за счет того, что в объектив попадает неодинаковое количество света от различных структурных составляющих. При травлении чистых металлов или однофазных сплавов происходит избирательное растравливание поверхности.
Границы между отдельными зернами выявляются в виде тонких темных линий (рис.2.1,б), образующих сетку. Фазы, имеющие различную скорость растворения, образуя контрастную границу за счет избирательного растравливания одной из фаз (рис.2.1,в). Технически чистые металлы с небольшим содержанием примесей при травлении образуют границу, показанную на рис.2.1,г.
Во всех случаях при наличии рельефа граница имеет вид темной полосы. При травлении растворением выявляются границы зерен, границы между различными фазами, дендритное строение твердого раствора, обусловленное внутризеренной ликвацией по химическому составу, фазы, различающиеся по составу и травимости.
Методика химического травления
Образец погружают в травитель полированной поверхностью вниз, выдерживают оптимальное время, покачивая, чтобы обеспечить взаимодействие свежего реактива и кислорода воздуха с травимой поверхностью. Если травитель слабо взаимодействует с металлом или образует на поверхности шлифа пленки, препятствующие доступу раствора, применяют метод втирания реактива ватой. Если полированная поверхность станет слегка матовой, травление считается законченным и шлиф после травления быстро промывают в проточной воде и просушивают фильтровальной бумагой.
Продолжительность травления зависит от состава сплавов, их структурного состояния и от увеличения микроскопа, применяемого при исследовании. Для малого увеличения время травления больше, чем для большего. Признаком протравленности служит слабое потускнение шлифа.
В ряде случаев, например, при выявлении структуры чистых металлов, однофазных латуней и бронз, аустенитных и ферритных сплавов, структуры деформированных металлов, необходима многократная полировка, чередующаяся с травлением.