專利名稱：一種用萃取復(fù)型研究鋼中Cu析出相的樣品制備方法
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(xì)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(duì)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(qiáng)化作用，使鋼的耐蝕性、強(qiáng)度、成型性等得到提高但也會(huì)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(duì)鋼中Cu的析出規(guī)律開(kāi)展了相應(yīng)的研究工作。由于Cu在鋼中的析出物極為細(xì)小，其尺寸一般為幾納米到幾十納米，采用過(guò)去常用的金相顯微鏡已經(jīng)無(wú)法觀察。透射電鏡具有分辨率高，放大倍數(shù)高的特點(diǎn)，不僅能得到第二相的形貌，大小和分布狀態(tài)，還可以通過(guò)電子衍射等方法研究第二相的點(diǎn)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 ym左右的厚度，直徑為3 mm的圓片試樣，然后通過(guò)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(cè)納米級(jí)別的Cu析出相時(shí)，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(shí)，把Cu析出相直接萃取下來(lái)，這樣不僅可以通過(guò)復(fù)型樣品上的Cu析出相的分布來(lái)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(guò)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(méi)有特別針對(duì)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(shí)間長(zhǎng)，對(duì)于制取含Cu鋼中Cu析出相的并不高效。因此如何采用簡(jiǎn)便高效的方法觀測(cè)鋼中Cu析出相成為一個(gè)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(shí)間長(zhǎng)，成功率低，樣品容易氧化，效果差等問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)采用硝酸酒精對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)腐蝕，是因?yàn)槲龀隽?Cu的α -Fe在硝酸酒精溶液中腐蝕時(shí)，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(shí)α -Fe作為陽(yáng)極會(huì)被腐蝕掉，而Cu析出相作為陰極則受到保護(hù)。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(lái)。工藝步驟如下
(1)金相拋光試樣經(jīng)過(guò)研磨、拋光至試樣表面達(dá)到光潔無(wú)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(wú)水乙醇將試樣表面的腐蝕液清洗干凈。洗凈后，用吹風(fēng)機(jī)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(duì)樣品表面噴射碳膜。碳膜過(guò)厚過(guò)薄都不好，碳膜過(guò)薄因強(qiáng)度不足則在隨后的脫膜過(guò)程中會(huì)發(fā)生破碎從而無(wú)法撈取所需的萃取復(fù)型，相反，如果碳膜過(guò)厚則在視場(chǎng)下會(huì)出現(xiàn)碳膜的干擾從而掩蓋了待觀察的對(duì)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(lái)初步判斷碳沉積量，一般當(dāng)顏色變?yōu)榛野咨珵橐耍?br> (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(zhǎng)為2-4mm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(wú)水乙醇中清洗掉腐蝕液，再用吹風(fēng)機(jī)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(gè)棱接觸水面，靠水的表面張力剝離碳膜。隨著脫膜的進(jìn)行，試樣浸入的越來(lái)越多，直到整個(gè)試樣都浸入到水中，此時(shí)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(shí)，銅網(wǎng)會(huì)對(duì)其成分等分析造成一定影響，所以載網(wǎng)的材料最好為鑰、鎳、鎢或者金，網(wǎng)孔為10CT500目。用濾紙吸走載網(wǎng)上的水，在臺(tái)燈下把載網(wǎng)及碳膜烘干，干后放置于樣品盒中，接下來(lái)就可以用透射電鏡觀察分析試樣。本發(fā)明通過(guò)硝酸酒精溶液把Cu析出相萃取到碳膜上進(jìn)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(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單，方法簡(jiǎn)單易操作，制樣時(shí)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)。


圖I為通過(guò)薄膜法制得的樣品在透射電鏡下拍攝的圖片。圖2為通過(guò)本發(fā)明所提供的復(fù)型方法制得的樣品在透射電鏡下拍攝的圖片。圖3為通過(guò)本發(fā)明所提供的復(fù)型方法獲得的一個(gè)Cu析出相的高分辨透射電鏡圖和它的EDS能譜分析圖。
具體實(shí)施例方式樣品的制備將厚度為O. 4 mm的低合金鐵素體鋼樣品，用線切割切成lcm*lcm的小塊試樣，用不同粒度的砂紙進(jìn)行預(yù)磨，預(yù)磨好后試樣是平亮滑，在試樣表面可以看到很淺很細(xì)的劃痕，并且劃痕很有規(guī)律的朝一個(gè)方向排列。預(yù)磨好后可在拋光機(jī)上進(jìn)行拋光。拋光要進(jìn)行到試樣表面看不到劃痕，表面如同鏡面一樣。拋光好后，會(huì)看到試樣表面很滑很亮如同鏡面，看不到劃痕。試樣拋光好后用清水沖洗表面，再用吹風(fēng)機(jī)吹干而無(wú)水潰。配置硝酸酒精溶液根據(jù)4%硝酸-酒精的體積比例配置所需要的腐蝕液。在光潔的樣品表面，滴上適量的4%硝酸酒精溶液，使溶液鋪滿樣品表面，均勻腐蝕約10 S。然后立即用無(wú)水乙醇中清洗干凈，洗凈后，再用吹風(fēng)機(jī)吹干，平整地放置在樣品盒中。金相腐蝕通常用沾有腐蝕液的棉花擦拭試樣表面進(jìn)行化學(xué)腐蝕，這在本實(shí)驗(yàn)中不適用，因?yàn)樵诓潦眠^(guò)程中容易帶走表面的Cu析出相。用真空鍍膜儀在腐蝕后的樣品表面噴射一層碳膜，碳膜厚度約為80 nm。用小刀把試樣四周的碳膜劃掉，并在噴碳面上劃出約3 mm*3 mm的小方塊。
滴取適量的4%硝酸酒精溶液腐蝕噴碳表面，腐蝕時(shí)間約為70 S。隨后立即將試樣放在無(wú)水乙醇中清洗干凈，再用吹風(fēng)機(jī)吹干。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(gè)棱接觸水面，靠水的表面張力剝離碳膜，隨著脫膜的進(jìn)行，試樣浸入的越來(lái)越多，直到整個(gè)試樣都浸入到水中 ，此時(shí)碳膜脫落并漂浮在水面上。用鑷子夾住200目的鑰網(wǎng)輕輕撈取碳膜，撈摸時(shí)要使碳膜平整地居于載網(wǎng)中部。用濾紙吸走鑰網(wǎng)上的水，在臺(tái)燈下把鑰網(wǎng)及碳膜烘干。干后放置于樣品盒中，接下來(lái)就可以用透射電鏡觀察分析試樣。對(duì)低合金鐵素體鋼(Fe-1.58 at%Mn_l. 52%Ni_0. 62%Cu_0. 34%Si_0. 24%C)采用薄膜法制得的樣品中Cu析出相的分布狀況如圖I所示，而按本發(fā)明操作方法得到的Cu析出相的分布如圖2所示，這2張圖的放大倍數(shù)相同。圖3(a)為按本發(fā)明的操作方法萃取到到的一個(gè)Cu析出相的高分辨透射電鏡圖，圖3(b)為該Cu析出相的EDS能譜分析圖。從圖I和圖2可以看出析出物的大小、形狀、分布狀態(tài)等信息基本是一致的，而萃取復(fù)型的方法由于沒(méi)有具有磁性的鐵基體的干擾，襯度更好，也更容易在高分辨下觀測(cè)分析這些納米級(jí)別的Cu析出相的晶體結(jié)構(gòu)等信息,如圖3(a)所示。圖3(b)的EDS結(jié)果顯示該析出相為富Cu相，Cu含量為70 at%，其余主要是Fe。該EDS分析譜線中可以清晰的看到Mo和C的譜線，這是因?yàn)楦籆u相是用碳膜萃取，并由Mo網(wǎng)支撐，計(jì)算富Cu相的成分時(shí)，C和Mo不考慮在內(nèi)。綜上所述，可以看出該方法簡(jiǎn)單易操作，制樣時(shí)間短，碳膜形態(tài)完好，成功率高，數(shù)據(jù)分析效果好。
權(quán)利要求
1.一種用萃取復(fù)型研究鋼中Cu析出相的樣品制備方法，其特征在于該方法具有如下工藝步驟 (1)金相拋光試樣經(jīng)過(guò)研磨、拋光至試樣表面達(dá)到光潔無(wú)劃痕； (2)化學(xué)腐蝕滴取適量的硝酸酒精溶液腐蝕試樣表面，然后立即用無(wú)水乙醇將試樣表面的腐蝕液清洗干凈；洗凈后，用吹風(fēng)機(jī)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(duì)樣品表面噴射碳膜； (4)腐蝕用小刀把試樣四周的碳膜劃掉，并把試樣表面的碳膜分割成小方格；再用硝酸酒精溶液腐蝕噴碳表面，然后立即將試樣放在無(wú)水乙醇中清洗，再用吹風(fēng)機(jī)吹干； (5)脫模將試樣緩慢地浸入蒸餾水或去離子水中，靠水的表面張力使碳膜脫落并漂浮在水表面； (6)撈膜用鑷子夾住透射電鏡專用的載網(wǎng)輕輕撈取碳膜，用濾紙吸走載網(wǎng)上的水，在臺(tái)燈下把載網(wǎng)及碳膜烘干，然后放置于樣品盒中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所用的硝酸酒精溶液中硝酸的體積濃度為2 10 %，腐蝕時(shí)間為5 20 S。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(3)中的噴射碳膜的厚度為5(Γ200nm0
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(4)中分割后的小方塊的邊長(zhǎng)為2 4mmD
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(4)中所用的硝酸酒精溶液中硝酸的體積濃度為2 10 %，腐蝕時(shí)間為6(Γ80 S。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(5)中脫模時(shí)讓試樣與水面成45°角，先讓試樣的一個(gè)棱接觸水面,再慢慢地將試樣浸入水中，直到整個(gè)試樣都浸入到水中，此時(shí)碳膜全脫落并漂浮在水面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(6)中透射電鏡專用的載網(wǎng)的材料為鑰、鎳、鎢或者金，網(wǎng)孔為100 500目。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(6)中撈摸時(shí)要使碳膜平整地居于載網(wǎng)中部。
全文摘要
本發(fā)明屬于試樣制備領(lǐng)域，涉及用碳膜萃取復(fù)型研究鋼中Cu析出相的樣品制備方法。首先將試樣表面研磨、拋光至光潔無(wú)劃痕，再用濃度為2~10%硝酸-酒精溶液對(duì)試樣光潔面進(jìn)行化學(xué)腐蝕，腐蝕時(shí)間約為5~20秒。隨后在真空鍍膜儀中對(duì)腐蝕后的樣品表面進(jìn)行噴射鍍膜，之后再用濃度為2~10%硝酸-酒精溶液均勻腐蝕噴碳面，腐蝕時(shí)間約為60~80秒。腐蝕后的試樣在蒸餾水或者去離子水中脫模，靠水的表面張力使碳膜脫落并漂浮在水表面。然后用載網(wǎng)撈取碳膜，烘干后即可用透射電鏡觀察萃取下來(lái)的Cu析出相的大小、形貌、分布和晶體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單易控制、碳膜形態(tài)完好，制樣成功率高，數(shù)據(jù)分析效果好。
文檔編號(hào)G01N1/32GK102620971SQ201210072399
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者馮柳, 周邦新, 徐剛, 楚大鋒, 王均安, 蔡琳玲, 賈向南 申請(qǐng)人:上海大學(xué)