專利名稱：一種用于透射電鏡觀察的化學(xué)沉積鎳固定合金粉末制樣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于透射電鏡(TEM)實驗樣品制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在粉末冶金方法制備合金中，作為合金的基元粉末顆粒凝固組織特征及其相組成會直接影響粉末固實成型(冷、熱等靜壓等)后的顯微組織，從而最終影響材料的力學(xué)性能。為優(yōu)化制粉工藝及選擇后續(xù)加工工藝參數(shù)，通常需要對原始粉末顆粒凝固組織特征進(jìn)行系統(tǒng)研究，由于粉末顆粒細(xì)小(幾十微米到幾百微米之間)，使得用于透射電鏡(TEM)觀察的樣品制備非常困難，一直困擾大多數(shù)材料組織研究者，R.D.Field和H.L.Fraser及A.M.Ritter和M.EHenry分別在文獻(xiàn)中曾用電鍍方法將鎳基高溫合金粉末固定在薄銅板上，并制成薄晶體，但是電鍍方法工藝流程繁雜，影響因素較多，成功率較低，成本也貴，采用化學(xué)沉積鎳固定合金粉末制樣技術(shù)還沒見報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了電鍍方法工藝流程繁雜、，成功率低，、成本高等問題。
本發(fā)明通過運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計正交實驗的設(shè)計與分析，確定最佳化學(xué)鍍鎳沉積液的化學(xué)配比和優(yōu)化的工藝參數(shù)(溫度、時間、粉末數(shù)量、PH值等)，將合金粉末用化學(xué)沉積方法固定在活化狀態(tài)的銅塊上，獲得沉積層表面平滑、致密牢固。采用特殊剝離方法可把沉積層從銅塊上剝離下來成為薄片，再經(jīng)適當(dāng)研磨、浸蝕制成金相觀察樣品和掃描電鏡用樣品，同樣也可用于透射電鏡觀察用薄晶體試樣的制備。
本發(fā)明的工藝流程為1、化學(xué)沉積的配比及實驗條件的確定沉積液配比硫酸鎳24-26g/l+次亞磷酸鈉22-23g/l+無水醋酸鈉14-1615g/l+檸檬酸1.5-2.5g/l+醋酸鉛2-3ml/l；沉積液PH值4.5～5(用H2SO4或NaOH調(diào)整)；溫度83～92℃。
2、化學(xué)沉積鎳固定粉末顆粒用如圖4所示的裝置進(jìn)行化學(xué)沉積鎳固定粉末顆粒，步驟如下(1)按配比配好沉積液，待沉積液完全均勻后，用PH試紙檢查沉積液的PH值。
(2)將黃銅塊用粗砂紙打磨平整后，把銅塊與粉末分別放入濃鹽酸中活化1～2小時。
(3)銅塊和粉末活化后分別用去離子水清洗，并立刻將潤濕的粉末均勻地涂在銅塊上，并用干凈的玻璃片壓平、壓實。
(4)將燒杯中放入0.5-0.7的沉積液，并放入一塊稍大于銅塊的平整的絕緣片(如玻璃片等)，然后將涂有粉末的銅塊輕輕放入沉積液中絕緣片上。
(5)將燒杯平穩(wěn)地放入恒溫水浴中，水浴溫度調(diào)整至83-92℃，進(jìn)行化學(xué)沉積，沉積過程中要不斷加入新的沉積液，以確保沉積效果。
(6)沉積4-6小時后，取出樣品并用水沖洗干凈，化學(xué)沉積完畢。
3、粉末顆粒薄晶體式樣的制備(1)將沉積在銅塊上的薄膜取下，再粘貼在毛玻璃上，用砂紙打磨至30-50μm，取下后沖成直徑為3mm的小圓片用于離子減薄。
(2)離子薄化器的真空度為10-5-10-4Pa，電流0.6-0.2mA、電壓4.5-7KV，減薄時間5-10小時，離子束角度7-20度。經(jīng)上述制度減薄后，有部分粉末顆粒邊緣近中心區(qū)域出現(xiàn)薄區(qū)，可用于電鏡分析。
本發(fā)明的優(yōu)點在于化學(xué)沉積鎳固定合金粉末顆粒技術(shù)具有設(shè)備簡單、操作易控制、制樣成功率高等優(yōu)點。


圖1是NiSO4、NaH2PO2、NaAC含量對沉積速度影響。圖中縱坐標(biāo)沉積速度(μm/h)；橫坐標(biāo)試劑含量(％)，曲線1是醋酸鈉對沉積速度影響；曲線2是次亞磷酸鈉對沉積速度影響；曲線3是硫酸鎳對沉積速度影響。
圖2是檸檬酸含量對沉積速度影響。圖中縱坐標(biāo)沉積速度(μm/h)；橫坐標(biāo)試劑含量(％)，曲線4是檸檬酸對沉積速度影響。
圖3鍍層與銅基體結(jié)合形貌圖。銅基體5，鍍層6圖4是化學(xué)沉積裝置示意圖。其中電熱恒溫水浴鍋7、開關(guān)8、恒溫指示燈9，溫度計10、燒杯11、沉積液12、銅塊13、玻璃片14、合金粉末15。
圖5是用本發(fā)明成功制作的TEM薄晶體試樣照片。其中
具體實施例方式1、化學(xué)沉積的配比及實驗條件的確定預(yù)試化學(xué)鍍鎳沉積液配方及實驗條件如下沉積液硫酸鎳(25g/l)+次亞磷酸鈉(22.5g/l)+無水醋酸鈉(15g/l)+檸檬酸(2g/l)+醋酸鉛(5滴/l)；沉積液PH值4.6；實驗溫度88℃。
基板和粉末用5％鹽酸酒精溶液清洗(30分鐘)，然后在活化的銅塊上均勻分布鎳基粉末高溫合金(FGH95)粉末顆粒(Φ50-150μm)為了確定最佳配比沉積液，找出各因素的影響規(guī)律，采用數(shù)理統(tǒng)計正交設(shè)計及分析，對硫酸鎳含量、次亞磷酸鈉含量、醋酸鈉含量、檸檬酸含量對沉積速度的影響做了大量系統(tǒng)實驗研究，如附圖1、附圖2所示，并根據(jù)其數(shù)據(jù)進(jìn)行正交設(shè)計實驗，得出最佳實驗方案，其沉積液配比及實驗條件如下沉積液配比硫酸鎳(25g/l)+次亞磷酸鈉(21g/l)+無水醋酸鈉(13.5g/l)+檸檬酸(2g/l)+醋酸鉛(2.5ml/l)；溶液PH值4.6(用H2SO4或NaOH調(diào)整)；實驗溫度88℃。
采用上述沉積液配比及實驗條件，沉積速度可達(dá)21μm/h，沉積層表面平滑、致密牢固，與粉末顆粒及銅基體結(jié)合緊密，鍍層成分為Ni91.159％，P8.841％(圖3)。
2、化學(xué)沉積鎳固定粉末顆粒技術(shù)用如圖4所示的裝置進(jìn)行化學(xué)沉積鎳固定粉末顆粒，步驟如下(1)按配比配好沉積液，待沉積液完全均勻后，用PH試紙檢查沉積液的PH值是否在4.5～5之間，如有偏差可用濃硫酸或氫氧化鈉調(diào)整。
(2)將黃銅塊(13×12mm)用粗砂紙(200#)打磨平整后，把銅塊與粉末分別放入濃鹽酸中活化1.5小時。
(3)銅塊和粉末活化后分別用去離子水清洗數(shù)次，并立刻將潤濕的粉末均勻地涂在銅塊上，并用干凈的玻璃片壓平、壓實。
(4)將燒杯中放入0.6的沉積液，并放入一塊稍大于銅塊的平整的絕緣片(如玻璃片等)，然后將涂有粉末的銅塊輕輕放入沉積液中絕緣片上。
(5)將燒杯平穩(wěn)地放入恒溫水浴中，水浴溫度調(diào)整至88℃，進(jìn)行化學(xué)沉積，沉積過程中要不斷加入新的沉積液，以確保沉積效果。
(6)沉積5小時后，取出樣品并用水沖洗干凈，化學(xué)沉積完畢。
3、粉末顆粒薄晶體式樣的制備(1)將沉積好的樣品用砂紙打磨成金相試樣后，將沉積層從毛玻璃上取下，用砂紙打磨至50μm以下，沖成直徑為3mm的小圓片用于離子減薄。
(2)將直徑3mm的小圓片放入LBS-1離子薄化器中(真空度為10-5Pa)，先用大角度20度(電流0.6mA、電壓7KV)減薄5小時，再用角度14度(電流0.4mA、電壓6KV)減薄10小時，然后用小角度7度(電流0.2mA、電壓4.5KV)減薄7小時。經(jīng)上述制度減薄后，有部分粉末顆粒邊緣近中心區(qū)域出現(xiàn)薄區(qū)，可用于電鏡分析(圖5示出用該方法制備試樣的透射電鏡照片)。
權(quán)利要求
1.一種用于透射電鏡觀察的化學(xué)沉積鎳固定合金粉末制樣方法，其特征在于工藝流程為a化學(xué)沉積的配比及實驗條件的確定沉積液配比硫酸鎳24-26g/l+次亞磷酸鈉22-23g/l+無水醋酸鈉14-1615g/l+檸檬酸1.5-2.5g/l+醋酸鉛2-3ml/l，沉積液PH值4.5-5，溫度83-92℃；b化學(xué)沉積鎳固定粉末顆?；瘜W(xué)沉積鎳固定粉末顆粒，步驟如下按配比配好沉積液，待沉積液完全均勻后，用PH試紙檢查沉積液的PH值；將黃銅塊用粗砂紙打磨平整后，把銅塊與粉末分別放入濃鹽酸中活化1-2小時；銅塊和粉末活化后分別用去離子水清洗，并立刻將潤濕的粉末均勻地涂在銅塊上，并用干凈的玻璃片壓平、壓實；將燒杯中放入0.5-0.7的沉積液，并放入一塊稍大于銅塊的平整的絕緣片，然后將涂有粉末的銅塊輕輕放入沉積液中絕緣片上；將燒杯平穩(wěn)地放入恒溫水浴中，水浴溫度調(diào)整至83-92℃，進(jìn)行化學(xué)沉積，沉積4-6小時后，取出樣品并用水沖洗干凈，化學(xué)沉積完畢；c粉末顆粒薄晶體式樣的制備將沉積在銅塊上的薄膜取下，再粘貼在毛玻璃上，用砂紙打磨至30-50μm，取下后沖成直徑為3mm的小圓片用于離子減薄。離子薄化器的真空度為10-5-10-4Pa，電流0.6-0.2mA、電壓4.5-7KV，減薄時間5-10小時，離子束角度7-20度；經(jīng)上述制度減薄后，有部分粉末顆粒邊緣近中心區(qū)域出現(xiàn)薄區(qū)，可用于電鏡分析。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于透射電鏡觀察的化學(xué)沉積鎳固定合金粉末制樣方法，其特征在于采用按配比配好沉積溶液并置于燒杯中，然后將涂有粉末的銅塊輕輕放入盛有沉積液的燒杯中的絕緣片上；將燒杯平穩(wěn)地放入恒溫(83－92℃)水浴中，進(jìn)行化學(xué)沉積，沉積4－6小時。將沉積在銅塊上的薄膜取下，再粘貼在毛玻璃上，用砂紙打磨至30－50μm，取下后沖成直徑為3mm的小圓片用于離子減薄。離子薄化器的真空度為10
文檔編號G01N1/28GK1420349SQ0212415
公開日2003年5月28日 申請日期2002年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月12日
發(fā)明者胡本芙, 李慧英, 陳煥銘, 宋鐸 申請人:北京科技大學(xué)