金相制备机及利用其进行的金相制备方法

技术领域

本发明属于金相制备技术领域，尤其涉及一种金相制备机及利用其进行的金相制备方法。

背景技术

金相技术是金属材料研究和检验的重要手段，通过金相组织可以对原材料质量情况、生产过程的质量控制以及失效情况作出准确的分析与判断，在机械加工以及学术领域中金相技术占据重要的地位。

金相试样的制备过程为：

1、磨制；

分粗磨和细磨两步。试样取下后，首先进行粗磨。如是钢铁材料试样可先用砂轮粗磨平，如是很软的材料（如铝、铜等有色金属）可用锉刀锉平。

在砂轮上磨制时，需要手握紧试样，使试样受力均匀，压力不要太大，并随时用水冷却，以防受热引起金属组织变化。细磨是消除粗磨时产生的磨痕，为试样磨面的抛光做好准备。粗磨平的试样经清水冲洗并吹干后，随即把磨面依次在由粗到细的各号金相砂纸上磨光。磨制时砂纸应平铺于厚玻璃板上，左手按住砂纸，右手握住试样，使磨面朝下并与砂纸接触，在轻微压力作用下把试样向前推磨，用力要均匀，务求平稳，否则会使磨痕过深，且造成试样磨面的变形。

金相试样的磨光除了要使表面光滑平整外，更重要的是应尽可能减少表层损伤。

2、抛光；

目的为去除金相磨面上因细磨而留下的磨痕，使之成为光滑、无痕的镜面。金相试样的抛光可分为机械抛光、电解抛光、化学抛光三类。机械抛光简便易行，应用较广。

经抛光后的试样若直接放在显微镜下观察，只能看到一片亮光，除某些非金属夹杂物外，无法辨别出各种组成物及其形态特征，必须使用浸蚀剂对试样表面进行“浸蚀”，才能清楚地看到显微组织的真实情况。

3、腐蚀；

最常用的金相组织显示方法是化学浸蚀法，其主要原理是利用浸蚀剂对试样表面的化学溶解作用或电化学作用（即微电池原理）来显示组织。

浸蚀方法是将试样磨面浸入浸蚀剂中，或用棉花沾上浸蚀剂控试表面。浸蚀时间要适当，一般试样磨面发暗时就可停止。如果浸蚀不足，可重复浸蚀。浸蚀完毕后，立即用清水冲诜，接着用酒精冲洗。这样制得的金相试样即可在显微镜下进行观察和分析研究。浸蚀时间需要把握好，因为一旦浸蚀过度，试样需要重新抛光，再去浸蚀。

从以上可以看出，人工制备金相试样步骤繁琐，且其中的碎屑、液体会对人体造成伤害，工作效率低；另外，在制备过程中的质量把控要求比较高，对技术人员的要求较高。

发明内容

本发明旨在提供一种使用方便、使用效果好的金相制备机及利用其进行的金相制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：金相制备机，包括工作台、设置于工作台上的操作部和转动组件；转动组件包括设置于工作台上的机械臂、转动电机和竖直设置的转轴，转动电机的输出轴与转轴传动连接；机械臂用于夹持金相试样，机械臂水平设置且机械臂连接在转轴的末端；操作部包括以机械臂为中心沿逆时针方向依次设置于工作台上的预磨区、抛光区、腐蚀区；预磨区装设有金相砂纸；抛光区设有抛光布。

工作台上设有朝向腐蚀区的腐蚀液喷管、朝向预磨区的自来水喷管和朝向抛光区的抛光液喷管。

腐蚀区包括设置于工作台上的腐蚀处理池；预磨区/抛光区包括设置于工作台上的预磨盘/抛光盘，工作台下方设有带动预磨盘/抛光盘转动的电机。

机械臂末端设有夹持部，夹持部包括连接板和连接于连接板末端的卡箍；机械臂上设有第一步进电机，第一步进电机的输出轴水平设置，且第一步进电机的输出轴沿机械臂的宽度方向设置；第一步进电机驱动连接板上下转动。

连接板上连接有第二步进电机，第二步进电机的输出轴水平设置，且第二步进电机的输出轴沿机械臂的长度方向设置，第二步进电机带动卡箍转动。

工作台下方设有底座；工作台上方罩设有防护罩。

工作台上还设置有朝向腐蚀处理池的酒精喷管，酒精喷管和腐蚀液喷管分别位于腐蚀处理池两侧；腐蚀液喷管、自来水喷管、抛光液喷管和酒精喷管上分别通过流量泵连接有腐蚀液箱、自来水箱、抛光液箱和酒精箱。

利用上述金相制备机进行的金相制备方法，所述方法依次包括如下步骤：

第一步：将金相试样固定；

第二步：对金相试样进行预磨：

1、金相试样在预磨区转动，金相试样朝向预磨区的转动速度为：0.04 r/min ；

2、金相试样在预磨区转动，金相试样磨制面朝向金相砂纸且与金相砂纸平行接触；

3、金相试样在金相砂纸作用下被预磨；

4、金相试样在到达预磨区中心位置磨制面旋转90度，预磨盘由逆时针转动转为顺时针转动，进行垂直上一预磨方向的预磨操作；

第三步：对金相试样进行抛光

1、经过预磨的金相试样上升，脱离金相砂纸；

2、金相试样在抛光区转动，其中，金试样朝向抛光区的转动速度为：0.06 r/min ；

3、金相试样向下转动，使得金相试样磨制面朝向抛光布且与抛光布平行接触；

4、金相试样在抛光布作用下被抛光；

5、金相试样在到达抛光区中心位置抛光面旋转90度，抛光盘由顺时针转动转为逆时针转动，进行垂直上一抛光方向的抛光操作；

第四步：对金相试样进行腐蚀；

1、经过抛光的金相试样上升，脱离与抛光布的接触；

2、金相试样朝向腐蚀区转动；

3、金相试样达到腐蚀区后，金相试样做180°旋转，使得抛光面朝上；

4、金相试样下降，腐蚀液喷管口对向金相试样抛光面，将腐蚀液滴入抛光面，金相试样被腐蚀液腐蚀；

第五步：腐蚀液喷管口移向一侧，酒精喷液口对向腐蚀后金相试样表面；随后，向金相试样喷酒精，对金相试样进行清洗；

第六步：从机械臂上取下金相试样，完成金相制备。

第二步中，金相砂纸在预磨盘的带动下转动，实现对金相试样的预磨；在预磨的过程中，自来水喷管以0.5 m/s的喷射速度向金相试样磨制面喷自来水；同时，在预磨的过程中，金相砂纸的目数一般情况下采用400# ；金相试样会在预磨盘预磨时间为：300 s；预磨盘的转动速度为：600r/min ；

第三步中，抛光布在抛光盘的带动下转动，实现对金相试样的抛光，在抛光的过程中，抛光液从抛光液喷管中出来，喷到金相试样上；其中，抛光盘的转动速度为：800 r/min；抛光液的喷射速度为：0.5 m/s；抛光时间为：200 s。

通过以上技术方案，本发明的技术效果如下：1、本发明所述的金相制备机，结构紧凑，将预磨、抛光和腐蚀集成在一个工作台上，集成度高，降低了对空间的消耗，相对于现有人工金相制备，具有效率高、专精化较高的优点，具有很好的经济价值。2、机械臂带动金相试样在工作台上转动，从而将金相试样在预磨区、抛光区和腐蚀区之间传送，实现金相试样的制备，无需人工动手。3、设置的底座和防护罩可以对工作台进行保护，一方面保证工作台的稳定性，另一方面避免制备过程中的碎屑和液体对人体造成伤害。4、本发明所述的金相制备方法，可以在非人工的时候，完成金相试样的制备，步骤紧凑，制备出的金相试样质量可控，对抛光液、自来水、腐蚀液和酒精的消耗少，同时，液体对金相试样的冲击小，保证了金相试样的质量。

附图说明

图1为为本发明结构示意图；

图2为工作台结构示意图；

图3为工作台底部结构示意图；

图4为夹持部结构示意图；

图5为底座结构示意图；

图6为防护罩结构示意图；

图7为盖板结构示意图。

具体实施方式

一种金相制备机，如图1~7所示，包括工作台1，工作台1水平设置。工作台1上设有转动组件，转动组件包括机械臂2、转动电机3和竖直设置的转轴。转动电机3带动转轴转动；本实施例中，机械臂2用于夹持金相试样，其中，机械臂2水平设置且机械臂2连接在转轴的末端；工作的时候，机械臂2夹持金相试样，转轴在转动电机3的作用下转动，并带动金相试样在水平方向上旋转。

为实现机械臂2夹持金相试样，在机械臂2末端设有夹持部，夹持部包括连接板21和装设于连接板21上的卡箍22。使用的时候，将金相试样夹持在卡箍22内即可实现金相试样在机械臂2末端的固定。

连接板21与机械臂2转动设置，从而，连接板21可以相对于机械臂2上下转动。为实现连接板21与机械臂2的转动，在机械臂2上设置有第一步进电机，第一步进电机的输出轴水平设置，且垂直于连接板21的长度方向，从而，第一步进电机转动时，会带动连接板21上下转动。

在连接板21上装设有第二步进电机4，第二步进电机4水平设置，且第二步进电机4沿连接板21的长度方向设置，第二步进电机4带动卡箍22在竖直方向上转动。

工作的时候，转动电机3通过转轴带动机械臂2在工作台1上沿水平方向转动，而第一步进电机带动连接板21上下转动，从而使得连接板21的末端升高或降低，而第二步进电机4带动卡箍22在竖直方向上转动，从而使得卡箍22内夹持的金相试样可以上下翻转。

工作台1上还设置有操作部，金相试样在操作部上依次被预磨、抛光和腐蚀，完成金相制备。

其中，操作部包括以机械臂2为中心沿逆时针方向依次设置于工作台1上的预磨区、抛光区、腐蚀区。

机械臂2带动金相试样到达预磨区被预磨，随后，机械臂2带动金相试样到达抛光区被抛光，最终，机械臂2带动金相试样到达腐蚀区被腐蚀，最终完成金相试样的制备。

其中，预磨区用于实现金相试样的预磨，预磨区包括预磨盘6和自来水喷管12；预磨盘6上装设有金相砂纸。

在工作台1上设有第一安装孔，工作台1下方装有第一电机7，第一电机7的输出轴伸出第一安装孔，同时，第一电机7的输出轴装配在预磨盘6上。第一电机7带动预磨盘6转动，进而带动预磨盘6上的金相砂纸转动，实现预磨的目的。

自来水喷管12装在工作台1上，且自来水喷管12朝向预磨盘6设置，从而在预磨的过程中，自来水喷管12朝向预磨盘6喷出自来水，实现预磨过程中的降温。

抛光区用于实现金相试样的抛光，其中，抛光区包括抛光盘5和抛光液喷管11，抛光盘5上装设有抛光布。

在工作台1上装设有第二安装孔，工作台1下方装设有第二电机17第二电机177，第二电机17第二电机177的输出轴伸出第二安装孔，同时，第二电机17第二电机177的输出轴装配在抛光盘5上。第二电机17第二电机177带动抛光盘5转动，进而带动抛光盘5上的抛光布转动，实现对金相试样抛光的目的。

抛光液喷管11装设在工作台1上，且抛光液喷管11朝向抛光盘5设置，在抛光的过程中，抛光液从抛光液喷管11中喷出，助力抛光。

腐蚀区包括腐蚀液喷管9、酒精喷管10和设置于工作台1上的腐蚀处理池8；腐蚀液喷管9和酒精喷管10均朝向腐蚀处理池8设置，腐蚀液喷管9和酒精喷管10分别位于腐蚀处理池8两侧。

为便于工作台1的放置，在工作台1下方设有底座13，工作台1安装在底座13上，保证工作台1在工作过程中的稳定性。

本实施例中，为保证腐蚀液喷管9、酒精喷管10、自来水喷管12和抛光液喷管11正常喷出需要的液体，在工作台1下表面上安装有对应的流量泵13，同时，在工作台1下方设有位于底座13内的腐蚀液箱体、酒精箱体、自来水箱体和抛光液箱体。流量泵13将各自的液体吸入到各自的喷管中喷出即可。

为避免工作过程中，本制备机对周围人员造成伤害，在工作台1的上方罩设有防护罩14，防护罩14顶面上设有观察窗口，观察窗口上装设有透明的观察板15，观察板15为玻璃或透明的亚克力板。

本发明所述的金相制备机，可以实现金相试样的制备，实用性强，避免了人工操作造成的金相试样质量不等，以及人工制备过程中碎屑、液体对人体的伤害，提高了工作效率和转精华程度，具有较高的经济效益。

本实施例还公开了一种利用金相制备机进行的金相制备方法，其中，所述方法依次包括如下步骤：

第一步：将金相试样固定；固定方法为：利用夹持部的卡箍22，实现金相试样在机械臂2末端的固定。

第二步：对金相试样进行预磨：

1、金相试样在预磨区转动，金相试样朝向预磨区的转动速度为：0.04 r/min ；

2、金相试样在预磨区转动，金相试样磨制面朝向金相砂纸且与金相砂纸平行接触；

3、金相试样在金相砂纸作用下被预磨；

4、金相试样在到达预磨区中心位置磨制面旋转90度，预磨盘由逆时针转动转为顺时针转动，进行垂直上一预磨方向的预磨操作；

本实施例中，金相试样在水平方向转动，金相试样在水平方向转动的实现方式为：转动电机3转动，转动电机3带动转轴转动，转轴带动机械臂2在水平方向上转动，进而使得金相试样在水平方向转动。

金相试样转动到预磨区时，金相试样在第一步进电机的作用下下降，保证，金相试样磨制面与金相砂纸的平行接触，金相砂纸在预磨盘6的作用下转动，从而完成金相试样的磨制面的预磨。

其中，在预磨过程中，自来水喷管12以0.5 m/s的喷射速度向金相试样磨制面喷自来水。

另外，在预磨过程中，金相砂纸的目数一般情况下采用400# ；金相试样会在预磨盘预磨时间为：300 s；预磨盘的转动速度为：600 r/min 。

第三步：对金相试样进行抛光；

1、经过预磨的金相试样上升，脱离金相砂纸；

2、金相试样在抛光区转动，其中，金试样朝向抛光区的转动速度为0.06 r/min ；

3、金相试样向下转动，使得金相试样磨制面朝向抛光布且与抛光布平行接触；

4、金相试样在抛光布作用下被抛光；

5、金相试样在到达抛光区中心位置抛光面旋转90度，抛光盘由顺时针转动转为逆时针转动，进行垂直上一抛光方向的抛光操作；

与第二步相同，金相试样在转动电机3的作用下转动，从预磨区带到抛光区，金相抛光。抛光布在抛光盘5的带动下转动，实现对金相试样的抛光，在抛光的过程中，抛光液从抛光液喷管11中出来，喷到金相试样上；其中，抛光盘的转动速度为：800 r/min ；抛光液的喷射速度为0.5 m/s；抛光时间为：200 s。通过对抛光盘5的转速进行限定，提高抛光效果。而抛光液喷射速度的限定可以在保证抛光效果的同时，避免过多抛光液的使用，降低对金相试样的冲击。

完成抛光工序。

第四步：对金相试样进行腐蚀；

1、经过抛光的金相试样上升，脱离与抛光布的接触；

2、金相试样朝向腐蚀区转动；

3、金相试样达到腐蚀区后，金相试样做180°旋转，使得抛光面朝上；

4、金相试样下降，腐蚀液喷管9管口对向金相试样抛光面，将腐蚀液滴入抛光面，金相试样被腐蚀液腐蚀；

在滴拭腐蚀液的过程中，腐蚀液喷管9的滴落频率为：2滴/秒；滴落时间为：2s。模拟人工滴拭的操作状态。

第五步：腐蚀液喷管口移向一侧，酒精喷管10管口对向腐蚀后金相试样表面；随后，向金相试样喷酒精，对金相试样进行清洗；

在喷酒精的过程中，酒精喷管10的喷射速度为：1.2m/s；喷射时间为：3s。通过对酒精喷射速度和喷射时间进行限定，在实现清洗干净的基础上，降低对酒精的消耗和对试样的冲击，提高制备出的金相试样的质量。

第六步：从机械臂2上取下金相试样，完成金相制备。

本发明所述的金相制备方法，可以在非人工的时候，完成金相试样的制备，步骤紧凑，制备出的金相试样质量可控，对抛光液、自来水、腐蚀液和酒精的消耗少，同时，液体对金相试样的冲击小，保证了金相试样的质量。