การเจียรและขัดเงาโลหะ: คู่มือพื้นผิวที่ใช้งานได้จริง

เหตุใดการเตรียมพื้นผิวจึงตัดสินใจว่ากล้องจุลทรรศน์สามารถแสดงอะไรได้บ้าง

ตัวอย่างทางโลหะวิทยาสามารถเปิดเผยได้เพียงว่าพื้นผิวของมันเอื้ออำนวยเท่านั้น รอยขีดข่วน ขอบเกรนที่มีรอยเปื้อน หรืออนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่ฝังอยู่จะบิดเบือนทุกภาพที่ถ่ายในภายหลัง ไม่ว่าอุปกรณ์ออพติคอลหรืออิเล็กตรอนจะล้ำหน้าแค่ไหนก็ตาม การบดและขัดโลหะ คือขั้นตอนที่ชิ้นงานที่ตัดหยาบจะถูกเปลี่ยนให้เป็นพื้นผิวที่เรียบและปราศจากการเสียรูป เหมาะสำหรับการวิเคราะห์โครงสร้าง

ห้องปฏิบัติการที่ถือว่าขั้นตอนนี้เป็นพิธีการมักจะใช้เวลามากขึ้นในการแก้ไขปัญหาไมโครกราฟที่ไม่สอดคล้องกันในภายหลัง ลำดับที่มีระเบียบวินัย การเลือกสารขัดถูที่ตรงกัน และการควบคุมแรงกดที่ถูกต้อง โดยทั่วไปแล้วจะแก้ปัญหาได้มากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ ของการร้องเรียนเกี่ยวกับการถ่ายภาพที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวที่รายงานในการตรวจสอบในห้องปฏิบัติการตามปกติ

หลักปฏิบัติทั่วไปที่ใช้ในห้องปฏิบัติการด้านโลหะวิทยาหลายแห่ง: ขั้นตอนการเจียรแต่ละขั้นตอนควรขจัดรอยขีดข่วนทั้งหมดออกจากขั้นตอนก่อนหน้าก่อนที่จะดำเนินการต่อ โดยไม่ย้อนกลับ

กล้องจุลทรรศน์ประเภทต่างๆ และความต้องการพื้นผิว

เทคนิคการใช้กล้องจุลทรรศน์ไม่ใช่ทุกเทคนิคที่ต้องการการปรับแต่งพื้นผิวในระดับเดียวกัน การเลือกเส้นทางการเตรียมการโดยไม่คำนึงถึงวิธีการสร้างภาพที่ต้องการจะสิ้นเปลืองทั้งวัสดุสิ้นเปลืองที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและเวลาปฏิบัติงาน

ประเภทกล้องจุลทรรศน์	เป้าหมายความหยาบผิวทั่วไป	ความไวต่อรอยขีดข่วน	แอปพลิเคชันทั่วไป
ออปติคัล (สนามสว่าง)	Ra ต่ำกว่า 0.05 ไมโครเมตร	สูง	ขนาดเกรน การกระจายเฟส
ออปติคัล (สนามมืด / DIC)	Ra ต่ำกว่า 0.03 ไมโครเมตร	สูงมาก	ความคมชัดของภูมิประเทศพื้นผิว
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน	Ra ต่ำกว่า 0.02 ไมโครเมตร	สูงมาก	Fractography โครงสร้างจุลภาคที่ละเอียด
การเลี้ยวเบนของแสงสะท้อนกลับของอิเล็กตรอน	ใกล้กระจก ไม่มีการเสียรูป	สุดขีด	การทำแผนที่การวางแนวผลึกศาสตร์
การตรวจสอบสเตอริโอ / มาโคร	Ra 0.1 ถึง 0.3 ไมโครเมตร	ต่ำถึงปานกลาง	ภาพรวมการเชื่อมหรือการหล่อ

ยิ่งข้อกำหนดด้านการถ่ายภาพที่เข้มงวดมากขึ้นเท่าใด ขั้นตอนการเจียรและขัดเงาก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นเพื่อขจัดชั้นการเสียรูปที่เหลืออยู่ในขั้นตอนก่อนหน้า

ลำดับการเตรียมการแบบเต็มจะเป็นอย่างไร

ขั้นตอนการทำงานด้านโลหะวิทยาโดยทั่วไปจะเคลื่อนผ่านสี่ขั้นตอนกว้างๆ ได้แก่ การแบ่งส่วน การติดตั้ง การเจียร และการขัดเงา แผนภาพด้านล่างแสดงอัตราการขจัดวัสดุที่ลดลงในขณะที่การปรับปรุงพื้นผิวในแต่ละขั้นตอน

การเปลี่ยนแต่ละครั้งควรลดความลึกของรอยขีดข่วนลงประมาณหนึ่งลำดับความสำคัญ การข้ามขั้นตอนกรวดจะทำให้ขั้นตอนต่อไปต้องใช้เวลานานขึ้นมาก ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไปและการบรรเทาที่ไม่พึงประสงค์ระหว่างขั้นตอนที่แข็งและอ่อน

การเจียร: การขจัดความเสียหายโดยไม่สร้างการเสียรูปใหม่

การเจียรใช้สารกัดกร่อนที่ยึดติดหรือเคลือบเพื่อลบรอยเลื่อยและทำให้ชิ้นงานเรียบ ตัวเลือกวัสดุสิ้นเปลืองในขั้นตอนนี้ส่งผลโดยตรงต่อทั้งรอบเวลาและความเรียบขั้นสุดท้าย

คำแนะนำความก้าวหน้าของกรวด

120 ถึง 240 กรวด: ขจัดความเสียหายจากการแบ่งส่วนบนเหล็กชุบแข็งหรืองานหล่อ
320 ถึง 400 กรวด: ขั้นตอนการเปลี่ยนผ่าน ช่วยลดความลึกของรอยขีดข่วนจากการเจียรหยาบ
600 ถึง 800 กรวด: เตรียมโลหะผสมที่มีความแข็งปานกลางถึงอ่อนสำหรับการขัดเงา
1200 กรวด: ขั้นตอนการเจียรขั้นสุดท้ายก่อนการขัดเพชรกับตัวอย่างที่เป็นเหล็กและไม่ใช่เหล็กส่วนใหญ่

การเลือกสิ่งที่ถูกต้อง กระดาษเจียรและฟอยล์โลหะ สำหรับความแข็งของวัสดุป้องกันการเสียดสีก่อนเวลาอันควรและช่วยให้การขจัดวัสดุสม่ำเสมอทั่วทั้งชุดตัวอย่าง

metallographic grinding papers and foils used for sample surface preparation

ฟอยล์กับกระดาษแบบดั้งเดิม

คุณสมบัติ	กระดาษซิลิคอนคาร์ไบด์	ไดมอนด์ฟอยล์
อัตราการสึกหรอ	เร็วกว่าต้องเปลี่ยนบ่อยๆ	ช้าลง อายุการใช้งานยาวนานขึ้น
ความสม่ำเสมอในการตัด	ลดลงเมื่อกรวดสึกหรอ	คงความเสถียรไปตลอดชีวิต
เหมาะที่สุดสำหรับ	โลหะผสมอ่อนถึงปานกลาง ปริมาณตัวอย่างสูง	วัสดุแข็ง เปราะ หรือเคลือบ

การขัดเงา: จากระบบกันสะเทือนของเพชรไปจนถึงขั้นตอนออกไซด์สุดท้าย

การขัดจะขจัดชั้นการเสียรูปละเอียดที่หลงเหลืออยู่โดยการเจียรโดยใช้สารแขวนลอยที่มีฤทธิ์กัดกร่อนบนแท่นที่หุ้มด้วยผ้า ขนาดอนุภาคของสารแขวนลอย ผ้าเช็ดทำความสะอาด และเคมีของสารหล่อลื่น ต่างก็มีอิทธิพลต่อผลลัพธ์สุดท้ายอย่างเป็นอิสระ

ลำดับการระงับการขัดถู

ระบบแขวนเพชรขนาด 9 ไมโครเมตรบนผ้าทอแข็งเพื่อการกำจัดการเสียรูปจำนวนมาก
ระบบแขวนเพชรขนาด 3 ไมโครเมตรบนผ้าเช็ดหน้าขนาดกลางเพื่อปรับแต่งลวดลายรอยขีดข่วน
ระบบแขวนเพชรขนาด 1 ไมโครเมตรบนผ้าเช็ดปากต่ำเพื่อการตกแต่งที่ใกล้ถึงขั้นสุดท้าย
ระบบกันสะเทือนคอลลอยด์ออกไซด์ โดยทั่วไปจะมีความหนา 0.05 ไมโครเมตร บนผ้าใยสังเคราะห์เนื้อนุ่มเพื่อการตกแต่งขั้นสุดท้ายให้เหมือนกระจก

บทบาทของผ้าขัด

ความสูงของผ้า Nap จะควบคุมว่าจะเกิดการผ่อนปรนมากน้อยเพียงใดระหว่างช่วงที่มีความแข็งต่างกัน ผ้าเช็ดตัวทรงเตี้ยมีความเรียบดีแต่ตัดช้าๆ ผ้าเช็ดปากทรงสูงจะขจัดวัสดุออกได้เร็วกว่า แต่อาจเสี่ยงต่อการทำให้ขอบและการรวมตัวของผ้าโค้งมน

น้ำมันหล่อลื่นและหน้าที่ของมัน

น้ำมันหล่อลื่นมีฤทธิ์กัดกร่อน กระจายความร้อนจากการเสียดสี และป้องกันการฝังตัวของอนุภาค สารหล่อลื่นสูตรน้ำเหมาะกับโลหะผสมเหล็กส่วนใหญ่ ในขณะที่สารพาหะที่มีน้ำมันหรือแอลกอฮอล์มักจะเลือกใช้สำหรับวัสดุที่ไวต่อน้ำหรือมีรูพรุนเพื่อหลีกเลี่ยงการย้อมสีและการกัดกร่อนในระหว่างการเตรียม

เครื่องเจียรและขัดเงามีอิทธิพลต่อความสามารถในการทำซ้ำอย่างไร

การเตรียมด้วยมือขึ้นอยู่กับเทคนิคของผู้ปฏิบัติงานเป็นอย่างมาก ซึ่งทำให้เกิดความแปรปรวนระหว่างตัวอย่างและระหว่างผู้ปฏิบัติงาน การบดและขัดโลหะ machines แก้ไขปัญหานี้โดยการควบคุมความเร็วของแท่นวาง แรงที่ใช้ และรอบเวลาภายในพารามิเตอร์คงที่

metallographic grinding and polishing machine used in a metallurgy laboratory

พารามิเตอร์ที่ควบคุมโดยระบบอัตโนมัติโดยทั่วไป

พารามิเตอร์	ช่วงทั่วไป	ผลกระทบต่อผลลัพธ์
ความเร็วของแท่นวาง	150 ถึง 600 รอบต่อนาที	สูงer speed increases removal rate but raises heat generation
แรงที่ใช้ต่อตัวอย่าง	10 ถึง 30 นิวตัน	แรงที่มากเกินไปทำให้เกิดการเสียรูปและการปัดเศษของขอบ
รอบเวลาต่อขั้นตอน	60 ถึง 300 วินาที	รอบที่นานขึ้นอาจเสี่ยงต่อการขัดเฟสแบบอ่อนมากเกินไป
ทิศทางการหมุน	การหมุนแบบเดียวกันหรือแบบตรงกันข้าม	การหมุนตรงกันข้ามมักจะช่วยเพิ่มความสม่ำเสมอของรอยขีดข่วน

ตัวยึดแบทช์ที่ประมวลผลชิ้นงานทดสอบหลายชิ้นพร้อมๆ กันช่วยเพิ่มปริมาณงานและลดอิทธิพลของแรงกดดันจากมือแต่ละบุคคล ซึ่งสำคัญที่สุดสำหรับห้องปฏิบัติการที่ใช้โปรแกรมการควบคุมคุณภาพที่ได้มาตรฐาน

การตัดสินคุณภาพพื้นผิวก่อนย้ายไปยังกล้องจุลทรรศน์

การตรวจสอบด้วยสายตาภายใต้แสงกวาดสามารถจับรูปแบบรอยขีดข่วนได้ชัดเจน แต่การวัดความหยาบเชิงปริมาณจะให้ผลลัพธ์ที่สามารถป้องกันได้มากขึ้นสำหรับเอกสารประกอบด้านคุณภาพ

ตัวบ่งชี้	มันแนะนำอะไร	สาเหตุน่าจะ
เส้นขีดทิศทางใต้แสง	กรวดก่อนหน้านี้ยังเอาออกไม่หมด	เวลาหรือแรงกดดันไม่เพียงพอในระยะก่อนหน้า
รอยหางดาวหางใกล้จะรวมเข้าด้วยกัน	การดึงอนุภาคออกระหว่างการขัดเงา	ผ้าแข็งเกินไปสำหรับความแข็งของเฟสปัจจุบัน
ขอบโค้งมนใกล้กับขอบตัวอย่าง	ความล้มเหลวในการยึดขอบ	วัสดุยึดติดอ่อนหรือใช้เวลาขัดเงามากเกินไป
เงาสะท้อนที่มัวหมอง	การขัดขั้นสุดท้ายที่ไม่สมบูรณ์	ระบบกันสะเทือนหรือผ้าที่ชำรุด

รายการตรวจสอบเชิงปฏิบัติเพื่อผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอ

จับคู่ความก้าวหน้าของกรวดและระบบกันสะเทือนกับความแข็งของโลหะผสมก่อนสตาร์ท
ทำความสะอาดตัวอย่างและตัวยึดระหว่างทุกขั้นตอนเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนข้ามขนาดที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
หมุนตัวอย่างเป็นระยะระหว่างการบดด้วยมือเพื่อลดการเบี่ยงเบนทิศทาง
ใช้แรงกดปานกลางแทนที่จะออกแรงสูงสุดเพื่อป้องกันการยึดคมตัด
เปลี่ยนกระดาษเจียรเมื่อประสิทธิภาพการตัดลดลงอย่างเห็นได้ชัด แทนที่จะตามกำหนดเวลาตายตัวเพียงอย่างเดียว
ตรวจสอบพื้นผิวสุดท้ายภายใต้ทั้งสนามที่สว่างและแสงกวาดก่อนทำการถ่ายภาพ

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1: โดยปกติแล้วจำเป็นต้องมีขั้นตอนการเจียรกี่ขั้นตอนก่อนทำการขัดเงา?

ห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่ใช้ขั้นตอนการเจียรสามถึงสี่ขั้นตอนการเจียร จากหยาบไปเป็นละเอียด ก่อนที่จะเปลี่ยนเป็นการขัดเงาด้วยเพชร วัสดุที่แข็งกว่าหรือไวต่อการขีดข่วนอาจต้องมีขั้นตอนกลางเพิ่มเติม

คำถามที่ 2: เหตุใดตัวอย่างจึงยังมีรอยขีดข่วนหลังจากการขัดเงา

ซึ่งมักจะหมายถึงขั้นตอนการเจียรก่อนหน้านี้ยังไม่เสร็จสมบูรณ์ ทำให้เกิดรอยขีดข่วนลึกซึ่งขั้นตอนละเอียดในภายหลังไม่สามารถขจัดออกได้ภายในรอบเวลาที่เหมาะสม การกลับไปสู่ขั้นตอนก่อนหน้าและขยายขั้นตอนนั้นออกไปมักจะช่วยแก้ปัญหาได้

คำถามที่ 3: อะไรทำให้เกิดการปัดเศษของขอบระหว่างการเตรียมการ?

การปัดเศษของขอบมักเป็นผลมาจากความแข็งที่ไม่ตรงกันระหว่างวัสดุยึดกับตัวอย่าง บวกกับแรงกดในการขัดเงาที่มากเกินไปหรือเวลาที่ใกล้กับขอบเขตตัวอย่าง

คำถามที่ 4: อุปกรณ์อัตโนมัติจำเป็นสำหรับห้องปฏิบัติการขนาดเล็กหรือไม่

ไม่เสมอไป การเตรียมแบบแมนนวลสามารถให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมกับผู้ปฏิบัติงานที่ได้รับการฝึกอบรมและเทคนิคที่สอดคล้องกัน แต่แพลตฟอร์มอัตโนมัติจะปรับปรุงความสามารถในการทำซ้ำเมื่อปริมาณตัวอย่างหรือข้อกำหนดการรายงานเพิ่มขึ้น

Q5: ควรเปลี่ยนผ้าขัดบ่อยแค่ไหน?

การเปลี่ยนขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของการใช้งาน แต่ควรเปลี่ยนผ้าที่แสดงการเคลือบ การบดอัด หรือประสิทธิภาพในการตัดที่ลดลง แทนที่จะดันต่อไป เนื่องจากผ้าที่สึกหรอจะเพิ่มความเสี่ยงของการบรรเทาและความไม่สอดคล้องกันของรอยขีดข่วน