关于铜及铜合金的金相制备：
这里有一份完整的实操指南！
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关于铜及铜合金
铜及其合金是我们日常生活中最常见、也最熟悉的有色金属品类之一。铜家族看似普通，却凭借着独特优异的性能贯穿古今——从古老的青铜文明，到现代电力电子、机械制造、家居生活与高端装备，都离不开其身影。作为工程领域应用最广的基础材料，铜既可以以纯铜形态承担关键功能，也能通过合金化摇身一变，成为强度更高、耐磨性更好、用途更专一的工业“全能选手”。
纯铜是一种紫红色金属，晶体结构为面心立方（FCC）结构。由于拥有出色的导电性和导热性，纯铜在电气行业中被广泛应用，例如用于发电机和变压器的线圈、电线和电缆。它还具有良好的耐腐蚀性——在潮湿环境中，可凭借表面的绿色碱式碳酸铜保护层，防止进一步的腐蚀。尽管纯铜硬度和强度相对较低，但其延展性极佳，可通过冷加工和热加工方法制成各种形式，包括板材、带材、线材和管材。
然而，纯铜的性能并不适用于许多应用场合，因此需要添加合金元素进行合金化以拓宽应用范围。铜合金最主要的强化机制是固溶强化：在铜基体中加入适量合金元素，使其溶解形成单相固溶体，通过溶质原子造成的晶格畸变阻碍位错运动，从而在保持优良纯铜优良基础性能的同时，显著提高合金强度与硬度。一般来说每种合金元素都能显著改善纯铜的一种或多种性能，如强度、耐腐蚀性、耐磨性和可加工性。某些合金还能改变纯铜的颜色，例如镍、锡或锌。
不同合金元素对铜性能的提升
日常中最广为人知的铜合金包括各种类型的黄铜（含有不同量的锌）、青铜（由铜和锡组成）和白铜（以镍为主要添加元素的铜基合金）。按材料形成方法划分，铜合金又可分为铸造铜合金和变形铜合金。变形铜合金通过诸如轧制、挤压或拉伸等机械加工方法进行加工，以达到所需的形状。而铸造合金则是直接从液态中成型，这使其非常适合用于制造复杂形状或大型部件。
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铜及铜合金的金相制备要点
精确的微观结构分析对于评估纯铜和铜合金的性能至关重要。从金相学的角度，铜类样品需要精心制备，以揭示诸如晶粒度、孪晶和氧化物夹杂物等真实显微组织，避免由于操作不当引起各种制备假象，如变形、涂抹或划痕等。在本文中，我们将带您详细了解铜及其合金在金相切割、镶嵌、研磨、抛光和腐蚀步骤中的实操要点及注意事项。
纯铜及铜合金显微组织示例
1切割取样要点
铜及其合金相对柔软且延展性较好，这使得它们易于切割；相应地，如果切割过程控制不当，出现涂抹、变形和热损伤的风险也极高。
为了确保切割精确且无损伤，使用冷却能力充分的金相切割机至关重要。建议采用较低的切割速度以减少机械损伤和热损伤。样品须牢固但轻柔地夹紧，以防止振动或变形；对于薄壁或管状试样更是如此，因为它们在纵向切割时可能会因内部应力而变形。某些管壁极薄、对压力敏感的样品，最好在切割前先进行镶嵌。
? 纯铜在切割时特别容易出现涂抹和表面变形。建议使用适合有色金属的树脂粘接碳化硅（SiC）切割砂轮。QATM Qprep NF-A 碳化硅切割轮，非常适合切割硬度值在 300 HV 以下的软质有色金属，确保干净、变形小的切割效果。
? 铜合金样品通常可以使用与纯铜相同的参数进行切割。不过，铜合金稍高的硬度和较低的延展性意味着其往往能够承受更高的进给速度或机械负荷，而不会影响切割质量。
总的说来，如果样品尺寸不大，使用精密切割机（如QATM QCUT 150 A 或 QCUT 200 A）进行湿式切割是切割铜样品时实现最小变形的最佳方法。对于较大的样品，如 QCUT 250 A 这样的台式切割机是适用的；而对于更大型的部件，则可以使用立式切割机如QATM QCUT 400-600 A，以确保高质量的切割效果。
使用QCUT 150 A精密切割机切割
含有铜线的电缆
用 Qprep NF-A切割轮在QCUT 250 A
砂轮切割机上切割铜型材
2镶嵌注意事项
由于大多数铜合金的退火温度集中在 200-400°C 之间，冷镶嵌和紫外线光固化镶嵌是较为理想的镶嵌工艺。也可进行热镶嵌，但镶嵌温度应低于 190°C，以免改变样品的原始显微组织。
采用热镶嵌时，可使用常规酚醛树脂材料。如果需要透明制备（例如用于目标制备），THERMOPLAST丙烯酸树脂也是一种选择。
在需要避免热暴露的情况下（例如在失效分析、热或压敏结构或复杂几何形状的制备过程中），建议采用冷镶嵌，视对边缘保持的要求选择丙烯酸树脂如Qprep KEM 20和KEM 30或环氧树脂如Qpox 93。
3研磨与抛光
铜类样品的研磨和抛光目标是制备出平整、无划痕且无变形的表面，同时保留金属基体以及诸如晶粒结构、孪晶界和焊料或焊接区等特征。由于铜在机械应力作用下容易发生塑性变形，因此研磨过程必须做出相应调整。
为防止研磨过程中过度变形及磨料嵌入，应从实际可行的最细磨料粒度开始磨平步骤，而不是从粗磨料开始。这样可以减少表面损伤深度，并简化后续抛光步骤。对于铜的研磨，推荐使用SiC砂纸，因为它能够在实现可控材料去除的同时，最大程度减少涂抹和机械变形。此外，磨抛时的压力和转速需适当调小。
纯铜和黄铜合金的划痕去除通常非常困难，为此可考虑在终抛时进行浸蚀抛光，即在硅胶中加入适量的双氧水和氨水进行化学浸蚀抛光（需注意抛光布材质为发泡型氯丁橡胶，可以耐受化学品的腐蚀）。
铜样品制备方案示例
注：在最后的抛光步骤中，使用98 - 90%的Eposil F氧化物抛光液加2 - 10%的双氧水。若不添加任何助剂，抛光时间应加倍。
4铜及铜合金的腐蚀腐蚀
是铜及其合金金相制备过程中的关键步骤。它能使诸如晶界、孪晶和第二相颗粒等微观结构特征在显微镜下显现出来。在许多情况下，尤其是对于铸造合金而言，腐蚀操作较为简单。然而，对于变形铜合金，尤其是那些经过大量冷变形处理的合金，找到最佳的腐蚀剂可能会更具挑战性。在这种情况下，可考虑能提供额外的对比度和清晰度的彩色腐蚀。
下表是一些典型的铜腐蚀剂配方及使用条件。
注：如果样品中含有铅，大多数腐蚀剂都会侵蚀其并留下黑色空洞。为了准确记录铅的分布情况，应在腐蚀前拍摄图像。
精抛后经QATM CU2试剂腐蚀的纯铜样品X500
用Klemm II彩色腐蚀剂腐蚀后具有枝晶微观结构和枝晶间珠光体相的黄铜样品
5铜样品的振动抛光
为了制备出无变形和划痕铜样品（比如纯铜或EBSD分析样品），有时短暂的最终抛光并不足够。此时可考虑在正常的磨抛程序后加上一步振动抛光。这一制备过程非常温和，通过一种特殊的振动产生机制将能量最佳地传递到样品上产生温和的水平运动，旨在获得无变形的抛光表面。Qpol Vibro 振动抛光设备专为实现样品表面几乎无变形的制备而设计。
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