金相分析是控制金屬鍍層內(nèi)在質(zhì)量的重要手段。光學(xué)金相技術(shù)由于它具有觀察范圍大、使用方便、設(shè)備成本低等優(yōu)點，因此在鍍層的分析中應(yīng)用廣泛。金相試樣的制備在相當(dāng)程度上是一個經(jīng)驗和技巧積累的過程，同時，由于新鍍層和新技術(shù)的應(yīng)用，對金相檢驗方法也提出了進(jìn)一步的要求。
1.1 試樣的鑲嵌
金屬鍍層許多性能與基體存在很大差異，因而鍍層金相試樣的制備技術(shù)難度較高。試樣在制備時，如果不附加*的保護(hù)措施，便會在試樣表層產(chǎn)生“倒角”，即試樣磨面的邊緣為一弧形，磨面和邊緣鍍層不呈平面狀態(tài)，在金相觀察分析及顯微拍照時難以對整個鍍層統(tǒng)一聚焦而產(chǎn)生模糊不清的組織，導(dǎo)致觀察分析及顯微拍照工作無法進(jìn)行。金屬鍍層金相觀察分析的重點在于試樣表層，采用合適的鑲嵌方法，既能防止試樣邊緣“倒角”，又能得到尺寸適當(dāng)和外形規(guī)則的試樣，以利于后續(xù)工序。鑲嵌有如下幾種方法：
(1)機械夾持
機械夾持分為板形夾具和圓環(huán)形夾具夾持兩種，采用5mm×50mm×2mm兩塊鋼板或其它金屬材料，每塊板料各鉆制二個對稱的5mm～6mm的圓孔，然后用5mm～6mm的螺釘固緊夾具和試樣，此種方法適用于有一個或多個具有平面金屬鍍層的試樣。圓環(huán)形夾具可采用鋼管、銅管和其它金屬管制成，圓環(huán)形狀的大小，可根據(jù)被檢驗試樣的大小而定，一般采用外圓直徑為20mm～30mm、高度15mm-20mm、壁厚4mm-8mm的管料，然后在圓環(huán)上攻內(nèi)螺紋，選用M6螺釘固緊試樣，該夾具適用于圓弧形表面的試樣。夾具硬度與試樣的硬度差別應(yīng)很小，否則，試樣在磨拋時會在試樣與夾具之間造成臺階，使夾具起不到保護(hù)試樣邊緣的作用。
(2)熱鑲嵌
對于金屬鍍層等細(xì)小或不規(guī)則外形的金相試樣，磨拋時不易握持，為防止邊緣倒角，就需要用粉末進(jìn)行熱鑲嵌，常用材料有電玉粉和膠木粉，鑲嵌時在壓模內(nèi)加熱至130℃-160℃，同時加壓到20Mpa～30MPa，保溫8min～20min。鑲嵌機體積小，操作方便，溫度能自行控制，可基本滿足需要。試樣的幾何尺寸實際上制約著樣品在手工機械磨光和拋光過程中的平衡控制，如果在進(jìn)行磨光前鑲嵌階段多留意一下樣品zui終磨制時的高度，會有效的提高工作效率;一般情況下，磨面越大，試樣高度越低，穩(wěn)定度就越大，越有利于對試樣的平衡控制，鑲嵌試樣的直徑為22mm，其高度應(yīng)控制在12mm～15mm。
(3)冷鑲嵌
冷鑲嵌適用于不能受熱和受壓的金屬鍍層試樣，實踐證明效果好的是用環(huán)氧樹脂膠和胺類化合物固化劑，并能在室溫下固化。其用量應(yīng)適當(dāng)。常用的配方有環(huán)氧樹脂100g、乙二胺8g，還有少量的添加劑。鑲嵌時，首先將試樣磨面磨平，置于放有一薄紙的平板上，外部套以適當(dāng)大小的套管，按配方準(zhǔn)確稱量，攪拌均勻成糊狀后澆注于套管內(nèi)，然后讓其凝固即成，套管可用鋼管、銅管、鋁管和塑料管等。
磨光的目的是得到平整的磨面，這種磨面上還留有許多極細(xì)的磨痕，此痕在以后的拋光過程中消除。與金屬材料的磨光不同，磨制金屬鍍層的金相試樣時要特別注意使磨面垂直于表面鍍層，避免產(chǎn)生傾斜，否則將會對表面鍍層厚度以及組織的顯示造成失真，得出錯誤的實驗結(jié)果。另外還要避免磨制方向垂直于鍍層表面，使二者呈45°角，以免產(chǎn)生崩裂和倒角現(xiàn)象。手工磨制是在由粗到細(xì)的金相砂紙上進(jìn)行的，金相砂紙的規(guī)格見表1。一般試樣可在W40-W5金相砂紙之間由粗到細(xì)進(jìn)行磨制，當(dāng)砂紙在試樣磨面上留下的劃痕方向一致時，即可將試樣稍轉(zhuǎn)一定角度，然后更換下一道砂紙，試樣應(yīng)順著一個方向磨制，不可來回磨制。
拋光是將試樣磨制產(chǎn)生的磨痕和變形層去掉，使其成為光滑鏡面的zui后一道工序。機械拋光是在金相試樣拋光機上進(jìn)行，試樣磨面應(yīng)均衡地輕壓在拋光盤上，同時，試樣沿徑向來回移動，并作輕輕轉(zhuǎn)動。若長時間的固定在一個位置和方向拋光，不但使拋光織物局部磨損太快，而且還容易產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。對于鎳鍍層中含有硬質(zhì)相碳化硅的試樣，必須采用上述措施才能使碳化硅質(zhì)點有清晰的輪廓，拋光時可用毛呢、絲絨和帆布作為拋光織物，拋光粉有氧化鋁、氧化鉻和氧化鎂粉等。
2.1 化學(xué)鍍鎳磷合金層
將鍍制的試樣用金相砂紙打磨和拋光，經(jīng)過清洗、吹干后，在光學(xué)顯微鏡下觀察，橫截面的顯微組織特征是化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層均勻致密，基本無孔隙和缺陷。因此，化學(xué)鍍鎳磷合金能有效地防護(hù)基體合金。另外，用金相顯微鏡對鍍層的形貌進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)化學(xué)鍍Ni-P合金的沉積形態(tài)為明顯胞狀，這是由于Ni原子和P原子的沉積是圍繞基體上形核中心進(jìn)行的，并以胞狀形式生長，沉積速度不同，胞狀顆粒的大小不同，這直接影響到鍍層的表面質(zhì)量。
對試樣進(jìn)行金相觀察，熱浸鍍鋅鋁合金層與基體結(jié)合良好，比較均勻，組織細(xì)密;鍍鋅鋁的鋼件由外層鍍鋅鋁層和鐵鋅鋁的擴散層兩部分組成，鍍層與鋼基體之間的擴散層為金屬間化合物層，該中間層使基體與鍍層之間成為冶金結(jié)合，具有很強的結(jié)合力。說明在熱浸鍍過程中，當(dāng)鋅鋁液和鋼件接觸時，鋼基體與鋅鋁之間的相界面反應(yīng)在分界面上生成ZnAlFe相金屬間化合物。
2.3復(fù)合鍍層
當(dāng)化學(xué)復(fù)合鍍工藝合理時，在Ni-P-SiC復(fù)合鍍層的金相組織中，SiC顆粒彌散分布均勻，鍍層與基體結(jié)合良好，由于SiC鑲嵌在鍍層中，起到了彌散強化的作用，因此，復(fù)合鍍層的硬度和耐磨性增加。鍍層中SiC顆粒的復(fù)合量隨鍍液中SiC顆粒含量的增大而增加，通過控制鍍液中SiC顆粒的含量，可獲取不同微粒復(fù)合量的Ni-P-SiC復(fù)合鍍層。采用光學(xué)顯微鏡對鍍層磨痕進(jìn)行形貌觀察，結(jié)果表明，純Ni鍍層表面粗糙不平，邊緣有少量磨屑，中心部位呈嚴(yán)重黏著狀態(tài)；而電刷鍍Cu/Ni納米復(fù)合多層鍍層的磨痕表面較為平整，中心區(qū)域出現(xiàn)少量黏著磨損的痕跡。表面分析表明，純Ni鍍層的磨損程度比Cu/Ni復(fù)合鍍層要嚴(yán)重的多，純Ni鍍層的磨痕表面有許多犁溝出現(xiàn)，其磨損機制為磨屑磨損；而Cu/Ni多層膜的磨痕表面較為平整，呈現(xiàn)明顯的黏著疲勞磨損形貌;這是因為在多層膜與鋼球?qū)δp的過程中，軟金屬Cu層的對偶件表面轉(zhuǎn)移黏著，形成轉(zhuǎn)移膜，使摩擦發(fā)生在鍍層與轉(zhuǎn)移膜之間，形成黏著疲勞磨損。
2.4 電鍍鉻層
在100-200倍的顯微鏡下觀察，電鍍鉻呈現(xiàn)互相聯(lián)通、縱橫交叉的網(wǎng)狀裂紋，這些裂紋不但能夠貯油、潤滑、減摩，而且能提高鍍層硬度，微裂紋電鍍鉻工藝已在轎車減振器中應(yīng)用，獲得良好效果。但是，用金相顯微鏡觀察失效模具的表面，發(fā)現(xiàn)鍍鉻層局部表面存在網(wǎng)狀裂紋，形成的主裂縫沿著原始網(wǎng)狀裂紋而擴展。這是因為鉻層具有很高的硬度而且很脆。在模具受力的過程中，由于局部的形變造成應(yīng)力集中的地方，是裂縫萌生源。當(dāng)局部應(yīng)力大于抗拉強度時，導(dǎo)致鍍層上原有的網(wǎng)狀裂紋進(jìn)一步擴展開裂成為裂縫，因此，鍍鉻層表面存在的網(wǎng)狀裂紋是導(dǎo)致模具表面出現(xiàn)微裂縫的主要原因。
3 結(jié)語
金屬鍍層的許多性能與金相組織有密切的，金相分析技術(shù)也是建立在對鍍層微觀組織認(rèn)識的基礎(chǔ)上。隨著金屬鍍層應(yīng)用的日益廣泛和研究的深入，鍍層的金相檢驗方法越來越受到重視，在合金鍍層的發(fā)展中，金相分析技術(shù)將在生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。
