一种可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置及其使用方法

技术领域

本发明属于金相试样制备辅助装置技术领域，具体涉及一种可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置及其使用方法。

背景技术

显微组织观察是金属材料研究中非常重要的一环。在试样制备的过程中，有大量试样直接抛光困难，需进行镶嵌处理。但在进行电解抛光、电化学腐蚀或显微组织观察等研究环节时，需要以破坏方式使金属件的两端露出实现两端导电，但这样很容易破坏金属件的处理表面，破坏后的金相样品无法重复使用。一般实现两端导电的镶嵌方法会采用可导电镶嵌粉进行热镶嵌，或者采用预埋导线进行冷镶嵌。但是导电镶嵌粉的导电能力差，无法满足电解抛光等环节的要求，并且导电镶嵌粉中的导电材料作为阳极会在电化学反应中发生溶解引入杂质。而冷镶嵌液态镶料凝固时容易在样品表面产生气泡，良品率低、效率低，预埋的导线还会影响样品打磨时的水平度，造成较大的实验误差。

通过对公开专利的检索，发现如下3篇相关的公开专利文献：

1、专利公开号CN 106338425A公开了一种使金属镶样两端导电的镶样机构及其镶样方法，其镶样机构包括镶样筒，镶样筒内设置有升降式托台，且升降式托台与镶样筒内壁之间滑动密封设置，镶样筒的上端设置有压块，压块内设置有与镶样筒内部相连通的内腔，压块的内腔内滑动设置有活塞，活塞的上端与压块内壁之间设置有弹簧。

2、专利公开号CN 206114403U公开了一种使金属镶样两端导电的镶样压块，包括筒形的压块本体和设置于压块本体上端的端盖，端盖上开设有通气孔，压块本体内滑动设置有活塞，活塞与端盖之间设置有弹簧，压块本体的下端还开设有通孔。

3、专利公开号CN 206114404U公开了一种使金属镶样两端导电的镶样机构,包括镶样筒，镶样筒内设置有升降式托台，且升降式托台与镶样筒内壁之间滑动密封设置，镶样筒的上端设置有压块，压块内设置有与镶样筒内部相连通的内腔，压块的内腔内滑动设置有活塞，活塞的上端与压块内壁之间设置有弹簧。

以上专利均需对镶样机进行改造，制作成本高、操作复杂；且制作的金相样品后端有导电棒外露，影响样品水平打磨，一旦某些测试环节需要磨平后端的导电棒，该样品便无法重复使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置及其使用方法，镶嵌完成的金相样品两端平整且导电性能良好，能够满足表面电化学腐蚀测试、电解抛光、扫描电子显微镜和电子背散射衍射等重要的金属微观测试所需要的导电性和平整性。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置，其特征在于：包括热镶机套筒，所述热镶机套筒的底端设置有热镶机下压块，所述热镶机下压块的上表面放置金属件，所述金属件的上端设置自适应导电单元，所述热镶机套筒内加注有普通树脂热镶嵌粉，所述金属件、自适应导电单元及普通树脂热镶嵌粉形成金相试样，所述自适应导电单元上端设置有热镶机上压块，所述自适应导电单元包括碳钢上压块、碳钢下压块及弹簧，所述弹簧旋入碳钢下压块的内槽和碳钢上压块的内槽内。

而且，所述金相试样上表面的碳钢上压块上设置有铷磁铁块。

而且，所述弹簧直径略小于所述碳钢上压块及碳钢下压块上内槽的直径。

而且，所述碳钢上压块与所述碳钢下压块直径相同且大于所述金属件的直径。

一种可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置的使用方法，其特征在于：所述方法的步骤为：

1)自适应导电单元的组装：将弹簧旋入碳钢下压块的内槽和碳钢上压块的内槽内；

2)金相热镶嵌准备：在所述热镶机套筒底端安装热镶机下压块，所述热镶机下压块的上表面依次放置金属件及自适应导电单元；

3)金相样品制作：向热镶机套筒中加入普通树脂热镶嵌粉，大约加至30mm的高度，在所述碳钢上压块的上表面用热镶机上压块压紧，设置热镶机的镶嵌参数进行镶嵌，完成金相样品的制作，制作完成后将金相样品取出。

6、根据权利要求5所述可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置的使用方法，其特征在于：所述步骤3)中热镶机的镶嵌参数为：加热温度180℃、加热时间5min、压力250bar，采用高速水冷却模式，冷却时间4min。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置，使镶嵌完成的金相样品两端平整且导电性能良好，且在需要导电的测试环节无需破坏金相样品。

2、本发明的可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置，不需要额外改进热镶机，适用范围更广泛。

3、本发明的可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置，金相样品的上碳钢压块一侧与铷磁铁块磁吸组合可以获得组装式的导电金相样品，可多次组合、拆卸，满足多次电解抛光使用。

4、本发明的可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置，铷磁铁块和碳钢上、下压块可重复使用，成本更低。

5、本发明的可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置，使用普通树脂热镶嵌粉可以避免在电化学反应时引入金属杂质。

本发明的可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置，所制备的金相样品导电性好，可以满足不同导电要求的测试环节；金相样品上表面平整，无需打磨，既能够节省人工劳动，还可以提高微观测试精度。

附图说明

图1是本发明的主视剖面结构示意图；

图2是镶嵌实验示意图；

图3是机械研磨实验示意图；

图4是电解抛光实验示意图；

图5是EBSD实验示意图；

图6是单面电化学腐蚀实验示意图。

附图标记说明

1为铷磁铁块，2为碳钢上压块，3为碳钢下压块，4为金属样品，5为弹簧，6固化后的普通树脂热镶嵌粉，7为金相样品，8为自适应导电单元，9为热镶机套筒，10为热镶机下压块，11为热镶机上压块，12为水平气泡，13为金相旋抛机，14为可编程直流电源，15位阴极抛光板，16为培养皿，17为扫描电子显微镜样品台，18为扫描电子显微镜真空仓，19为极靴，20为EBSD探头，21为参比电极，22为对电极，23为电化学腐蚀槽，24为电化学工作站。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

对ZK60镁合金长方体样品(长宽高分别为8mm，8mm和4mm)进行镶嵌，主要观察镁合金的及织构取向，并进行电化学测试测试其表面腐蚀性能。

如图2所示，采用本发明中的可导电的多功能金相热镶嵌辅助装置。首先使用直径为5.5mm高度为20mm的弹簧(5)连接碳钢上下压块(2)、(3)，组成自适应导电单元(8)。其中，碳钢压块直径为15mm，高度为4mm，碳钢压块内槽直径为5.8mm，深度为3mm。然后在热镶机下压块(9)的上表面，依次放置金属件(4)，自适应导电单元(8)。接着，向热镶机套筒中加入普通树脂热镶嵌粉(6)，大约加至30mm的高度。随后，选择镶嵌参数：加热温度180℃、加热时间5min、压力250bar，选择高速水冷却模式，冷却时间4min，镶嵌完成后将金相样品(7)取出。

如图3所示，对金相样品(7)进行机械研磨实验。在金相样品(7)的上端黏贴水平气泡(11)，并使用金相旋抛机(12)对金相样品(7)的下表面进行机械研磨。研磨过程中通过观察水平气泡(11)判断被研磨表面是否水平。

为了获得更好的表面质量，对机械研磨后的镶样件进行电解抛光是必不可少的，具体实施见图4。将铷磁铁块(1)吸住金相样品(7)的上表面，使用导线将铷磁铁块(1)的上端和可编程直流电源(14)的正极连接。另外，在培养皿(16)中添加抛光液，并将阴极抛光板(15)放置在培养皿中，使用导线将阴极抛光板(15)的侧面把手与可编程直流电源(14)的负极连接。设置可编程直流电源(14)的电压参数为20V，操作铷磁铁块(1)将金相样品(7)浸没到抛光液中，抛光中保持金相样品(7)的下表面和阴极抛光板(15)上表面大约5mm的平行距离，电抛时间为一分钟三十秒。电解抛光完成后，可以取下铷磁铁块(1)，以便进行其他测试。

对电解抛光后的金相样品(7)进行电子背散射衍射(EBSD)的测试，具体实施见图5。接着将金相样品(7)放置在扫描电子显微镜的真空仓(18)中，使用导电胶将金相样品(7)的碳钢上压块(2)的一侧粘贴在扫描电子显微镜样品台(17)上，并将样品台(17)倾斜70°的角度。金相样品(7)上方的极靴(19)发射电子束信号，获得的衍射信号由EBSD探头(20)接收，从而获得镁合金的微观织构信息。

金相样品(7)也可用于单面电化学测试，具体实施见图6。将金相样品(7)的待测面压在电化学腐蚀槽(23)的侧面开孔位置，用导线连接金相样品(7)和电化学工作站(24)。向电化学腐蚀槽(23)加入腐蚀介质，在电化学腐蚀槽(23)上方分别插入参比电极(21)和对电极(22)。用电化学工作站(24)设置实验参数，并采集数据，获得电化学实验结果。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。