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銅的金相制備

利用有效的金相技術制備銅的微觀結構

銅是一種柔軟且延展性極強的金屬，具有高導電性、良好的耐腐蝕性和一定的強度。

銅合金使用可以追溯到古代，包括各種黃銅、青銅以及其它銅合金。

大多數銅合金會進行退火或冷加工處理，保持延展性的同時增加硬度。還有一些合金，如鈹銅和黃銅，使用時效硬化處理到高強度水平。

銅具有面心立方晶體結構，金相學家通常會遇到紫銅，它是通過電解或化學精煉的，含有少量的銀或砷添加物。

其他常見有無氧高導電銅以及磷脫氧銅，其中可能含有砷或碲的添加物。本文介紹了傳統的銅試樣制備方法，這些方法可以減少制備時間，更有效地制備微觀結構。

試樣制備

一般來說，制備銅和銅合金試樣并不困難，至少可以看到真實結構。

但是，去除所有的劃痕可能比較困難，冷加工試樣的結構不容易清晰地呈現。特別是退火試樣的晶粒結構很難通過腐蝕完全顯示出來。

許多銅基合金含有少量的元素，如鉛和碲，以提高可加工性，但在試樣中保留這些沉淀物也是一個挑戰。

同樣，保留紫銅中存在的Cu2O也不是一件容易的事。

電解拋光是一個選擇，但它往往會破壞這些相。

*常見的腐蝕劑是等量的氫氧化銨、過氧化氫（3%濃度）和水的混合物。雖然有點臭，但通過擦拭效果很好，但使用壽命很短，每次都需要重新調配。

許多不同的腐蝕劑是基于氯化鐵、鹽酸、水或乙醇的混合物，還有一些是基于過硫酸銨等。這些可以在標準中找到。

彩色腐蝕技術對銅及其合金非常有效，但成功的應用主要取決于能否去除細小的劃痕。

拋光后的表面在蝕刻之前可能看起來很**，但是通過著色腐蝕會發現表面出現劃痕。

彩色腐蝕劑可以顯示晶粒結構，任何的偏析及變形。

傳統技術
表1顯示了久經考驗的“傳統”試樣制備方法。這種做法在一定程度上是有效的，但對于去除存在的細小劃痕并不真正有效。

表1 - 手動或自動的傳統制備程序

為了獲得“良好”的彩色蝕刻結果，在蝕刻失敗后必須重復*后一步制備步驟，再重新蝕刻試樣，反復進行才能得到較好的結果。

為了改善結果，可在*終拋光液中添加了一種侵蝕劑。

例如，已發現1%硝酸鐵水溶液有一定效果。但樣品表面的浮凸嚴重，是反復腐蝕-拋光的結果。如果劃痕*終得到控制，但浮凸會很嚴重。圖1顯示了一個退火的彈殼的H70，使用重復的蝕刻-拋光手動制備，并在二氧化硅懸浮液中加入硝酸鐵。效果尚可，但并不**。

                     圖1 - 這種退火彈殼黃銅H70是使用傳統方法制備的，該過程包括多個腐蝕-拋光循環（Klemm的I試劑，100X）。

由于標準程序無法使真正的結構

達到彩色腐蝕所要求的**程度

因此需要研究新的方法

在過去的十年中

金相制備的方法不斷發展

產生了更為精簡的程序

當代方法

                      圖2.- 采用現代方法制備的退火和冷拉砷、磷脫氧銅（Klemm’s I 試劑，50X，交叉偏振光加敏感色調）。

表2顯示了當前的優選方法，通常在使用二氧化硅懸浮液再進行一到兩小時的振動拋光，但不加入腐蝕劑。

表2 - 當代制備的五步

圖4顯示在371°C下退火30分鐘后部分再結晶、冷加工的α晶粒結構的微觀結構。大的細長晶粒是未再結晶的晶粒，而背景是大量非常細小的新再結晶的晶粒。

圖5顯示了在704°C退火30分鐘后晶粒生長的完全再結晶晶粒結構。這與圖1所示的試樣相同，但是在偏振光下觀察腐蝕后的形貌可以采集到更多的信息。

接下來的幾個例子顯示了鑄態銅合金。圖6顯示了冷鑄Cu-10Sn青銅試樣中的樹枝狀晶內偏析。高放大倍率視圖顯示了由于錫和銅含量的變化而導致的枝晶內的顏色變化。

圖7顯示了正常鑄造Cu-4.5P的微觀結構，這是一種非商業合金。著色蝕刻后呈明顯偏析的α相樹枝狀結晶，黑色部分為含磷較高的α相。圖7是在明場照明下拍攝的。

圖8顯示了另一種非商業合金鑄造Cu-10.5P的微觀結構。基體為呈放射狀的（α+Cu3P）共晶組織，白色塊狀為α相。