متالوگرافی

آماده سازي نمونه متالوگرافي را تا حد زيادي مي توان يک هنر دانست معمولا در آزمايشگاه هاي مختلف از شيوه هاي متفاوتي براي آماده سازي نمونه استفاده مي شود با توجه به اينکه فلزات از نظر سختي و بافت با يکديگر متفاوت هستند و از اين نظر با توجه به نوع فلز مورد آزمايش روش آماده سازي نمونه ممکن است کمي متفاوت باشد ولي بطور کلي عمليات آماده سازي نمون ها مشابه است به منظور آشنايي با فرايند آمده سازي يک نمونه متالوگرافي روش رايج در مورد آهن و فولاد مورد بررسي قرار مي گيرد آنچه که مورد بحث قرار مي گيرد تنها يک توضيح کلي است و براي دستيابي به اطلاعات دقيق تر بايد به مرجع مناسب تري مراجعه شود آماده سازي نمونه متالوگرافي را تا حد زيادي مي توان يک هنر دانست معمولا در آزمايشگاه هاي مختلف از شيوه هاي متفاوتي براي آماده سازي نمونه استفاده مي شود با توجه به اينکه فلزات از نظر سختي و بافت با يکديگر متفاوت هستند و از اين نظر با توجه به نوع فلز مورد آزمايش روش آماده سازي نمونه ممکن است کمي متفاوت باشد ولي بطور کلي عمليات آماده سازي نمون ها مشابه است به منظور آشنايي با فرايند آمده سازي يک نمونه متالوگرافي روش رايج در مورد آهن و فولاد مورد بررسي قرار مي گيرد آنچه که مورد بحث قرار مي گيرد تنها يک توضيح کلي است و براي دستيابي به اطلاعات دقيق تر بايد به مرجع مناسب تري مراجعه شود شرح :يک نمونه کوچک که از يک قطعه فولادي جدا شده را در نظر بگيريد که يک سطح تخت مناسب در يک طرف اين نمونه بوسيله اره کردن و سنگ زني آمده شده است روش معمول اينست که اين نمونه در يک قرص پلاستيکي با قطر يک اينچ 25 ميليمتر و ضخامت يک دوم اينچ نصب مي شود به طوري که آن سطح از نمونه که قرار است پوليش شود در يک طرف ديسک قرار بگيرد دريک روش براي توليد اين قرص نمونه در داخل يک قالب ساده استوانه اي قرار داده شده و سپس رزين اپوکسي مايع در داخل قالب ريخته مي شود اين مراحل به چهار مرحله مختلف طبقه بندي مي شود.

1) سايش نرم
2) پرداخت خشن
3) پرداخت نهايي
4) اچ کردن

در سه قسمت اول هدف اصلي کاهش ضخامت لايه تغيير شکل يافته زير سطح نمونه است عمليّات برش سنگ زني و سايش فلز نزديک به سطح را به شدت تغيير شکل مي دهند ساختار واقعي فلز تنها زماني آشکار مي شود که لايه تغيير شکل يافته کاملا از روي سطح برداشته شود چون هر مرحله از آماده سازي نمونه نيز به خودي خود باعث تغيير شکل در سطح مي شود ، بنابراين در هر مرحله بايد از ساينده هاي نرم تر از قبلي استفاده شود هر ساينده سبب جدا شدن لايه تغيير شکل يافته ناشي از مرحله قبل مي شود در حالي که همين ساينده ، يک لايه اعوجاج يافته با عمق کمتر نيز توليد مي کند سايش نرم در اين مرحله سطح نمونه با استفاده از پودر هاي کاربيد سيليسيم که بر ريو کاغذ هاي مخصوص تعبيه شده اند ساييده مي شود ممکن است نمونه بصورت دستي روي کاغذ سنباده اي که روي يک سطح تخت نظير يک تکه شيشه تخت قرار دارد ساييده شود همچنين ممکن است کاغذ سنباده روي سطح يک چرخ دوار افقي و تخت چسبانيده شده و سپس نمونه متالوگرافي روي آن قرار داده شود در هر دو روش معمولا از آب به عنوان يک روانساز استفاده مي شود که باعث حمل ذرات جدا شده از سطح نيز مي شود سه نوع ساينده با شماده هاي 320 ،400، 600 که در آنها به ترتيب اندازه ذرات کاربيد سيليسيم برابر 33 ، 23 ، 17 ميکرون است مورد استفاده قرار مي گيرند در هر يک از مراحل سايش اوليه نمونه بصورتي روي يک سطح حرکت داده مي شود که خراش ها فقط دريک جهت تشکيل شود هنگام تعويض يک کاغذ سنباده نمونه به اندازه تقريبي 45 درجه دوران داده مي شود که در نتيجه خراش هاي جديد تشکيل شده در روي سطح با خراش هاي قبلي زاويه مي سازند سايش تا زماني ادامه مي يابد که خراش هاي تشکيل شده از مراحل قبل ناپديد شوند.پرداخت خشن اين مرحله بسيار حساس است در حال حاضر ماده ساينده مورد استفاده براي عمليات پرداخت خشن پودر الماس با اندازه دانه تقريبي 6 ميکرون است پودر الماس در خميري قابل حل در روغن نگه داري و حمل نقل مي شود در اين مرحله مقدار کمي از اين خمير بر روي سطح يک چرخ دوار که با يک پارچه نايلوني پوشيده است قرار مي گيرد روانساز مورد استفاده در حين عمليات پرداخت روغني مخصوص است نمونه روس چرخ دوار با فشار قابل ملاحظه اي فشار داده مي شود در طول اين مرحله نمونه در يک محل خاص و ثابت روي چرخ دوار با فشار قابل ملاحظه اي فشار داده مي شود در طول اين مرحله نمونه در يک محل خاص ثابت روي چرخ پرداخت نگه داشته نمي شود و د حول چرخ و در جهت مخالف دوران چرخ حرکت داده مي شود در نتيجه عمل پرداخت با يکنواختي بالايي انجام مي شود ذرات الماس خاصيت داده مي شود در نتيجه عمل پرداخت با يکنواختي بالايي انجام مي شود ذرات الماس خاصيت برش شديدي داشته و در جدا کردن لايه عميق تغيير شکل يافته ناشي از عمليات سايش اوليه بسيار موثرند پودر الماس 6ميکرون قادر به جدا سازي لايه تغيير شکل يافته حاصل از ساينده کاربيد سيليسيم 17 ميکروني در مرحله آخر سايش اوليه است پرداخت نهايي در اين مرحله خراش هاي ظريف و لايه هاي اعوجاج يافته بسيار ريز که از مرحله پرداخت خشن باقي مانده اند جدا مي شوند ماده پرداخت مورد استفاده اغلب پودر آلومينا از نوع گاما با اندازه دانه 05/0 ميکرون است اين پودر روي يک چرخ دوار پوشيده شده با پارچه ريخته شده و از آب مقطر به عنوان رونساز استفاده مي شود بر خلاف پارچه نايلوني بدون پرز استفاده شده در پوليش خشن ، پارچه مورد استفاده در مرحله عموما پرزدار است چنانچه اين مرحله و مرحله قبلي با دقت کافي انجام شوند ، سطحي عاري از خراش و تقريبا بدون هيچ لايه فلزي اعوجاج يافته قابل تشخيص تشکيل مي شود اچ کردن معمولا در نمونه متالوگرافي ساختار داده ها پس از پايان عمليات پرداخت نهايي در زير ميکروسکوپ مشخص نيست ضخامت مرز دانه هاي يک فلز در بهترين حالت در حد ضخامت چند اتم است در حالي که توان آشکار سازي يک ميکروسکوپ بسيار کمتر از حد لازم براي تشخيص آنهاست تنها در فلزي که بلور هايي با رنگ هاي مختلف در تماس با يکديگر باشند ، قابل رويت ساختن مرز دانه ها نمونه هاي متالوگرافي اچ مي شوند که اين عمليات با فرو بردن سطح نمونه پوليش شده در يک محلول اچ ضعيف اسيدي يا قليايي انجام مي شود رايج ترين محلول مورد استفاده براي فولاد هاي نايتال نام دارد که محتوي محلول 2% اسيد نيتريک در الکل است در بعضي حالات مي توان عمل اچ را توسط مالش ملايم يک تکه پنبه آغشته به محلول اچ بر روي سطح انجام داد در هر صورت در نتيجه اين عمل مقداري از سطح فلز حل شده و از سطح خارج مي شود چنانچه محلول اچ مورد استفاده مناسب باشد سطح فلز بصورت يکنواخت حل نمي شود گاهي عامل اچ کننده به مرز دانه ها سريع تر از سطح دانه ها حمله مي کند ساير محلول ساير محلول هاي اچ ، دانه هاي مختلف را بر اساس جهت گيري آن ها حل خواهند کردپس از اچ کردن مرز ها به صورت پله هايي کم عمق در سطح ظاهر مي شوند جداره هاي عمودي اين پله ها نور را همانند سطوح بلوري نسبتا صاف به عدسي هاي شيئ ميکروسکوپ منعکس نمي کنند و در نتيجه محل مرز بلوري در زير ميکروسکوپ قابل رويت مي شوند پرداخت الکتريکي و اچ الکتريکي در فلزاتي نظير فولاد زنگ نزن تيتانيم و زير کونيم که از بين بردن لايه هاي سطحي اعوجاج يافته بسيار مشکل است پوليش مکانيکي مناسب نيست بنابراين اغلب اين مواد توسط روش پرداخت الکتريکي در آخرين مرحله پرداخت مي شوند در اين حالت نمونه به عنوان آند و يک ماده غير قابل حل به عنوان کاتد در يک حمام الکتروليتي به صورت مناسب قرار مي گيرند چنانچه از دانسيته جريان مناسب استفاده شود مي توان سطح نمونه را به صورتي حل کرد که يک سطح پرداخت مناسب توليد شود در روش پرداخت الکتريکي حمام و دانسيته جريان بايد به صورت مجزا طوري کنترل شوند که سطحي صاف و بودن پستي و بلندي توليد شود همچنين با تغيير ترکيب شيميايي حمام و دانسيته جريان مي توان سطحي با پستي بلندي هاي مناسب عمليات اچ را توليد کرد به اين مراحل پرداخت الکتريکي گويند