[發(fā)明專利]一種用萃取復(fù)型研究鋼中Cu析出相的樣品制備方法

無效

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• 申請日: 2012-03-20
• 公開（公告）號: CN102620971A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡琳玲;徐剛;馮柳;賈向南;王均安;楚大鋒;周邦新
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: G01N1/32
• 分類號: G01N1/32
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于試樣制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及利用透射電鏡觀察鋼鐵材料中細小的Cu析出相的制樣方法。

背景技術(shù)

Cu在鋼中的析出行為對合金的力學(xué)性能具有十分重要的意義。在有Cu析出相的鐵素體或馬氏體鋼中，由于Cu的沉淀強化作用，使鋼的耐蝕性、強度、成型性等得到提高但也會造成鋼的熱脆。為了更好地了解Cu在鋼中的析出行為，人們對鋼中Cu的析出規(guī)律開展了相應(yīng)的研究工作。由于Cu在鋼中的析出物極為細小，其尺寸一般為幾納米到幾十納米，采用過去常用的金相顯微鏡已經(jīng)無法觀察。透射電鏡具有分辨率高，放大倍數(shù)高的特點，不僅能得到第二相的形貌，大小和分布狀態(tài)，還可以通過電子衍射等方法研究第二相的點陣類型和晶體結(jié)構(gòu)。因此透射電鏡已經(jīng)成為研究鋼中Cu析出規(guī)律最有利的工具之一。通常用透射電鏡觀察鋼中富Cu相是采用薄膜樣品。將樣品磨制成60?μm左右的厚度，直徑為3?mm的圓片試樣，然后通過雙噴電解腐蝕或離子減薄等手段將試樣中心穿孔，形成透射電鏡觀察用的薄區(qū)。當(dāng)采用這種方法觀測納米級別的Cu析出相時，由于Fe基體的磁性干擾，拍攝Cu析出相的高分辨圖片是非常困難的。而萃取復(fù)型在復(fù)型基體組織形貌的同時，把Cu析出相直接萃取下來，這樣不僅可以通過復(fù)型樣品上的Cu析出相的分布來反映其在基體中分布，還能直接觀察Cu析出相的大小和形貌，通過拍攝高分辨晶格條紋像和傅立葉變換還可以研究Cu析出相的晶體結(jié)構(gòu)。另外由于第二相和碳膜之間電子散射能力相差很大，所以極大地提高了像的襯度，使得透射電鏡拍攝的成功率和質(zhì)量大大提高。而萃取復(fù)型采用的腐蝕液眾多，沒有特別針對鋼中Cu析出相的腐蝕液。而通常采用的AA溶液（乙酰丙酮-四甲基氯化銨-甲醇溶液）由于其溶液毒性大，而且電解腐蝕時間長，對于制取含Cu鋼中Cu析出相的并不高效。因此如何采用簡便高效的方法觀測鋼中Cu析出相成為一個難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種觀察鋼鐵材料中Cu析出相的萃取復(fù)型的制樣方法，解決了傳統(tǒng)制樣方法制樣時間長，成功率低，樣品容易氧化，效果差等問題。

本發(fā)明通過采用硝酸酒精對樣品進行化學(xué)腐蝕，是因為析出了Cu的α-Fe在硝酸酒精溶液中腐蝕時，F(xiàn)e和Cu之間形成原電池，由于Fe的電極電位比Cu低，所以在腐蝕時α-Fe作為陽極會被腐蝕掉，而Cu析出相作為陰極則受到保護。據(jù)此原理，本發(fā)明采用硝酸酒精溶液作腐蝕劑，可以將Cu析出相從α-Fe基體中萃取出來。工藝步驟如下：

(1)???金相拋光：試樣經(jīng)過研磨、拋光至試樣表面達到光潔無劃痕，如同鏡面一樣；

(2)???化學(xué)腐蝕：滴取適量的硝酸濃度為2-10%（體積百分比）的硝酸酒精溶液在試樣表面，使其表面均勻腐蝕約5-20秒，然后立即用無水乙醇將試樣表面的腐蝕液清洗干凈。洗凈后，用吹風(fēng)機將試樣表面吹干，平整地放置在樣品盒中；

(3)???噴碳覆膜：在真空鍍膜儀中對樣品表面噴射碳膜。碳膜過厚過薄都不好，碳膜過薄因強度不足則在隨后的脫膜過程中會發(fā)生破碎從而無法撈取所需的萃取復(fù)型，相反，如果碳膜過厚則在視場下會出現(xiàn)碳膜的干擾從而掩蓋了待觀察的對象。一般碳膜的厚度為50~200?nm為宜?？梢赃@樣判斷膜厚：在試樣底部墊一張白紙，觀察噴碳后白紙上的顏色變化來初步判斷碳沉積量，一般當(dāng)顏色變?yōu)榛野咨珵橐耍?/p>

(4)???腐蝕：首先用小刀把試樣四周的碳膜劃掉，再在噴碳表面上劃出邊長為2-4?mm的小方格。然后用硝酸體積濃度為2-10%的硝酸酒精溶液均勻地腐蝕噴碳表面約60-80秒后，立即將試樣放在無水乙醇中清洗掉腐蝕液，再用吹風(fēng)機吹干；

(5)???脫模：將水（蒸餾水或去離子水）倒于燒杯中，讓試樣與水面成45°角，先讓試樣的一個棱接觸水面，靠水的表面張力剝離碳膜。隨著脫膜的進行，試樣浸入的越來越多，直到整個試樣都浸入到水中，此時碳膜脫落并漂浮在水面上。

(6)???撈膜：用鑷子夾住透射電鏡專用的載網(wǎng)輕輕撈取碳膜，最好使碳膜平整地居于載網(wǎng)中部。一般電鏡常用的載網(wǎng)為銅網(wǎng)，但由于分析Cu析出相時，銅網(wǎng)會對其成分等分析造成一定影響，所以載網(wǎng)的材料最好為鉬、鎳、鎢或者金，網(wǎng)孔為100~500目。用濾紙吸走載網(wǎng)上的水，在臺燈下把載網(wǎng)及碳膜烘干，干后放置于樣品盒中，接下來就可以用透射電鏡觀察分析試樣。

本發(fā)明通過硝酸酒精溶液把Cu析出相萃取到碳膜上進行觀察分析，相比傳統(tǒng)制樣大大提高了制樣的成功率和透鏡分析的質(zhì)量。其優(yōu)點在于設(shè)備簡單，方法簡單易操作，制樣時間短，碳膜形態(tài)完好，成功率高，電鏡拍攝效果好，而且特別有利于在高分辨透射電鏡下分析Cu析出相的大小、形貌和晶體結(jié)構(gòu)。