全国大学生金相大赛试样制备方法浅析

龚雪 王海波 施露 邱辛帅 罗晓芳

摘 要：金相试样制备是金相学研究的重要部分，也是材料科学专业学生必备专业技能，通过对材料金相组织的研究，可探索材料的微观世界。本文通过前期大量的实验基础，结合查阅相关文献资料，叙述了金相试样的一般制备方法，深入分析各制样步骤（磨制、抛光、侵蚀）的关键注意事项，总结出全国金相大赛制样方法与技巧。

关键词：金相试样;磨制;抛光;侵蚀;观察

全国金相大赛有两个赛事，分别是中国体视学学会、中国体视学学会金相与显微分析分会主办的“蔡司·金相学会杯”全国高校大学生金相大赛和由教育部高等学校材料类专业教学指导委员会主办的全国大学生金相技能大赛。

金相试样制备是材料领域进行科学研究的关键环节，包括磨样、抛光、腐蚀等基本工序，其中每个工序都要求学生具有较强的动手能力。对于动手能力较差或者初学者而言，样品表面在磨样过程中很有可能出现交叉划痕、平面被磨成多个面，抛光过程时出现飞样、水膜，腐蚀过程出现腐蚀不均匀、腐蚀不够、腐蚀太深等问题，干扰后续的观察与分析[1]。所以，系统的分析与总结金相的制备方法就显得尤为重要。全国金相大赛的开展，更能系统的学习金相技能，提高学生的专业实践技能基本素质，达到以赛促学的目的。

一、赛前准备

砂纸是金相磨制的重要工具，砂纸的选择很大部分决定磨制的速率和效果。合理的选择砂纸，是金相磨制成功的第一步。在金相大赛中会提供240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#共8种砂纸，自选6种，可干湿两用。另外还提供型号为80的砂纸供参赛者倒角。首先，拿到待磨试样，先了解试样的基本情况，比如“蔡司·金相学会杯”全国高校大学生金相大赛提供的球化退火态GCr15和退火态HT150试样，清楚试样的热处理方式和材质有利于后期试样的制备，再观察待磨面的表面粗糙度和平整度，具体根据试样表面情况和个人经验选择砂纸。原则上有效的研磨要求每一步的研磨颗粒要比上一步的小一或二个标号，不能跨度过大。第一步研磨步骤是为了去除切割带入的损伤，所以第一步研磨砂纸的粒度要根据试样表面的粗糙度、切割损伤深度及材料硬度来选择。待磨面越粗糙，起始砂纸就要越粗[2]。相对较硬的试样，或者是表面粗糙有明显的加工印记的试样，可从240#砂纸磨起，而相对较软的铸铁则可从400#，甚至600#砂纸磨起。中间根据自身磨制习惯适当减少不必要的砂纸。这样既可以节省砂纸，又能提高效率。一般来说，2000#的砂纸砂粒过细，且很容易磨出划痕，所以如果不是特别软的材料或者熟练的磨制手法一般不建议使用。

拿放砂纸时也要注意，不能让不同型号的砂纸的砂粒附着面接触，即不能让砂纸同面相向，以避免磨面磨损，粗细砂粒相混。尽量按照粗细顺序同向放置、避免相对运动，且拿放砂纸时尽可能只接触砂纸边缘，轻拿轻放。

进入比赛场地，首先观察抛光机轉动是否正常，抛光布是否完好，且平整牢固地安装在转盘上。检查玻璃板是否平整无破损。发现问题应及时告知工作人员，以免耽误比赛。无误后擦净玻璃板，将选好一套砂纸放置在桌面上，细砂纸在下，粗砂纸在上依次放置，方便使用。

二、磨制

（一）倒角

比赛开始首先要对试样进行倒角，以免在磨制及抛光时将砂纸或抛光织物划破。金相大赛会提供80号砂纸用于倒角。倒角时拇指和食指拿住样品，磨的过程旋转样品保证倒角均匀美观，试样倾斜约30o，倒角宽度为0.5mm～1mm。对于较软的试样，适当加大倒角宽度，避免在后续操作中，倒角大量磨损，需要重新倒角，增大工作量。所以可在倒角时适当加以压力磨制，节约时间，提高效率。

（二）磨制方法

金相磨制是利用砂纸与试样磨面间的摩擦将试样磨光的一个过程。磨制时将砂纸平铺于洁净的厚玻璃板上，左手按住砂纸，右手握住试样（食指和拇指抓住试样，中指弯曲轻贴于试样一侧，防止试样转动，但不能给试样侧压力），使磨面朝下并与砂纸接触，在轻微压力的作用下把试样向前推磨，用力要均匀，平稳缓慢，否则会使磨痕过深，磨面变形，为后续增加许多不必要的操作。试样退回时不能与砂纸接触，要单程单向地反复进行，直至磨面上旧的磨痕去掉，新的磨面有反光的效果，细小的磨痕均匀排布且方向一致才能换到下一号更细的砂纸。每更换一道砂纸都要冲洗双手和试样。拿起新砂纸抖干净上面脱落的砂粒，将试样旋转90度角后磨制，使新旧磨痕垂直，以利于较快除去变形层。磨制是极易出现划痕的过程，所以，磨制过程工程中用力不能太大，更不能有敲击桌面的声音，以免嵌入异物。使用型号为600及之前的粗砂纸磨制时，可以加一定的压力以提高效率，越到后面砂纸越细，用力应越轻，否则容易产生划痕和假象。

（三）磨制技巧

为防止试样摩擦发热变形，推磨试样不宜过快，或在砂纸上滴加4～5滴清水，既可以防止因温度过高造成的氧化，也可以减少软试样的划痕，水不宜过多，否则会降低砂纸的磨削效果;为使磨面磨痕方向恒定我们可以利用段丝琦[3]等人划十字的方法，即在试样顶部用标记笔划出十字，能够帮助我们观测，有效保持磨向恒定。磨制过程中需要时刻注意砂纸上痕迹的有何变化：一般情况下，砂纸上的整个痕迹颜色深浅要一致、宽度和试样磨面大小相同，没有弧线痕迹的出现，这样可以有效保证整个磨面的平整，减少倒棱现象[4];若砂纸上出现条状的细线，则表明砂纸上有粗砂粒，应即刻抖净砂纸，冲洗试样及双手，避开细线区域磨制，试样磨面有较大划痕，可从上一号砂纸磨起;若砂纸上出现白色细小点状，则表示玻璃板或者桌面上有异物，应即可纸巾擦拭砂纸背面和玻璃板，清理桌面抖落异物，避开白色点状区域磨制。

磨制结束后，在明亮的光线下，肉眼观察的试样磨面应只有一个面、没有圆角，没有亮度差异明显不同的划痕，即磨面上为均匀同向的细小磨痕。才能继续下一个步骤。

三、抛光

（一）抛光前期