的新觀念
1 傳統(tǒng)方法
30多年前，一種當(dāng)今稱之為“傳統(tǒng)方法”的金相試樣制備方案日臻成熟。需進(jìn)行的試樣在經(jīng)過切割和鑲嵌（如果需要的話）后，就要用一系列粒度由粗到細(xì)的碳化硅（sic）防水砂紙進(jìn)行磨光。多數(shù)情況下，所用砂紙粒度的順序?yàn)?20、240、320、400、600號(hào)（美國(guó)ansi/cam粒度標(biāo)準(zhǔn)，見表1），并使用水作為冷卻劑和潤(rùn)滑劑，同時(shí)也作為清洗劑，以便將磨屑沖刷出砂紙表面。如果采用手工磨光，在更換砂紙時(shí)還需將試樣轉(zhuǎn)動(dòng)45o至90o 角。當(dāng)手握試樣沿轉(zhuǎn)盤邊緣移向中心時(shí)，還應(yīng)注意使試樣與砂紙保持垂直。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速一般為150轉(zhuǎn)/分或300轉(zhuǎn)/分，每道砂紙大約需要磨1到2分鐘。
用sic砂紙磨光的步驟完成后就要開始進(jìn)行拋光。多數(shù)情況下，*道工序使用6μm金剛石磨膏，所用的織物可以是帆布、尼龍、或拋光織物，同時(shí)還使用一種潤(rùn)滑劑或擴(kuò)充劑，例如metadi 液體。如果轉(zhuǎn)盤沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，我們就應(yīng)當(dāng)手握試樣在轉(zhuǎn)盤上沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)應(yīng)注意使試樣垂直于織物表面，拋光進(jìn)行約2分鐘。下一道工序有不同方案，一些人先使用0.3μm α氧化鋁的水懸浮液，然后使用0.05μm γ氧化鋁的水懸浮液繼續(xù)拋光。另一些人則愿意先使用1μm金剛石磨膏，然后使用0.05μm γ氧化鋁的水懸浮液繼續(xù)拋光。這就是所謂的“傳統(tǒng)方法”，大約有8道工序，盡管會(huì)因人而異，但結(jié)果卻相當(dāng)接近?？偟恼f來，這些工序zui常使用的織物是拋光織物，但是也會(huì)使用其它一些織物。
表1：不同標(biāo)準(zhǔn)粒度對(duì)照表
美國(guó)粒度標(biāo)準(zhǔn)
（ansi/cam）
歐洲粒度標(biāo)準(zhǔn)
（fepa p）
大約尺寸
（μm）
150
150
90
180
180
75
220
220
68
240
p280
52
280
p360
42
320
p400
34
400
p800
22
600
p1200
14
800
p2400
8
1000
p4000
5
盡管采用上述方法制備的試樣，在獲得沒有制備瑕疵的基體顯微組織方面，通常還是令人滿意的，但是對(duì)于邊緣的保持卻不算好；也就是說，邊緣常常被磨成圓角，結(jié)果在顯微鏡下觀察時(shí)不能清晰聚焦。曾經(jīng)嘗試過許多辦法來克服這一問題。通常保護(hù)邊緣的zui后一招就是采用化學(xué)鍍鎳。也試驗(yàn)過不同類型的鑲嵌材料并加入不同的填料、也嘗試過使用其它的邊緣支撐體，例如將假試樣和細(xì)鋼粒等放入鑲嵌材料，以增加試樣邊緣的平整性。這些都是金相學(xué)的“魔術(shù)”，但是仍舊難以獲得良好的邊緣保持。
隨著工業(yè)的發(fā)展，技術(shù)人員尋求自動(dòng)化和更好的辦法已日益明顯。鑲嵌壓力機(jī)的引入，使得不論使用熱固性鑲嵌材料或是熱塑性鑲嵌材料時(shí)，試樣都是在壓力保持下自動(dòng)冷卻到室溫，使邊緣平整性得到很大的改善。自動(dòng)拋光裝置也大大地改善了試樣邊緣的平整性?，F(xiàn)今制備的試樣，其邊緣已經(jīng)能很容易地在放大500倍或更高的倍數(shù)下進(jìn)行顯微攝影。當(dāng)然，試樣本身的性質(zhì)也很重要。比較硬的材料能更容易制備出平坦的邊緣。與此同時(shí)，任何一種材料，如果直至邊緣都具有均勻的顯微組織，也要比邊緣較軟的試樣（此時(shí)邊緣保持平坦zui為重要）更容易制備。
2 對(duì)舊時(shí)代人們的新震撼
與設(shè)備改善的同時(shí)，出現(xiàn)了新的消耗器材產(chǎn)品，它改變了的傳統(tǒng)方法。試樣制備的自動(dòng)化促進(jìn)研制出許多新型制備表面，這些制備表面可用來去除切割帶來的損傷，并使裝在夾持器上的所有試樣都處于同一平面。對(duì)于一個(gè)半自動(dòng)系統(tǒng)，普通的sic砂紙可用于此工序。盡管sic砂紙的使用壽命不長(zhǎng)，對(duì)于許多材料, sic砂紙仍然是zui有效的磨制表面。對(duì)于一個(gè)全自動(dòng)系統(tǒng)， sic砂紙仍可用于磨成平面工序，但是這不是一個(gè)理想的解決辦法，因?yàn)槊恳粋€(gè)夾持器所裝的試樣完成此工序后，都需要更換砂紙。已經(jīng)有許多長(zhǎng)壽命制備表面可以取代sic砂紙。其中一種就是采用金屬粘接或樹脂粘接的金剛石磨光盤。金屬粘接磨光盤的直徑有73毫米、203毫米、305毫米（2.875英寸、8英寸、12英寸）三種，而樹脂粘接磨光盤的直徑有8英寸和12英寸兩種。一定尺寸的金剛石磨料和粘接劑（載體）以高密度的規(guī)則點(diǎn)狀涂鍍?cè)诒P的基底上。為了滿足許多種材料的需要。對(duì)于金屬粘接盤有6種尺寸，從125μm到6μm；對(duì)于樹脂粘接盤有30μm、9μm、3μm三種。根據(jù)所需制備的材料不同，我們可以在磨成平面工序以外使用這類磨光盤。這一概念可以通過不同類型材料的例子加以說明。
3 高硬度材料
許多金相技術(shù)人員的工作對(duì)象是非常硬的材料和陶瓷材料；例如切削工具材料和工具合金：氧化鉻—氧化鋁刀具、陶瓷合金（氧化鋁—30%tic）刀具、t15粉末冶金高速鋼、d2鋼、440c鋼。所有這些試樣都經(jīng)過充分的淬火硬化處理。盡管這五種材料的硬度差別很大，我們?nèi)园堰@些試樣放在一個(gè)中心加栽的夾持器上，用一臺(tái)直徑為203毫米（8英寸）的半自動(dòng)拋光機(jī)進(jìn)行制備。每一塊試樣在每一道工序后都拍攝顯微照片。表2列出這些硬材料的制備工序。
表2非常硬的材料的制備工序
工序
制備表面/磨料
轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分
方向
時(shí)間，分
1
45μm磨光盤*
300
相向
2
2
15μm磨光盤*
300
相向
1
3
6μm磨光盤*
300
相向
1
4
1μm 金剛石拋光
150
相向
3
5
膠體狀二氧化硅拋光
150
相向
2
*--金屬粘接磨光盤
由于這些材料非常硬，前三道工序連續(xù)使用磨光盤，金剛石磨料的平均尺寸分別為45微米、15微米、6微米。在*道工序，試樣用45微米金剛石盤磨光，直到試樣都處于同一平面，這大約需要2分鐘。采用相向轉(zhuǎn)動(dòng)，即動(dòng)力頭與底盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，都是逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。每塊試樣所受的力為27 n（6磅），底盤的轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分，用水作冷卻劑。第二道工序使用15微米磨盤，第三道工序使用6微米磨盤，每道工序使用的參數(shù)相同，但是時(shí)間均為1分鐘。接著，使用1微米多晶金剛石漿液，并使用我們的粗拋光新型織物，這是一種無絨毛的醋酸纖維素編織物，對(duì)保持邊緣平整性效果非常好。拋光時(shí)的轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分，與動(dòng)力頭也是相向轉(zhuǎn)動(dòng)，每塊試樣的受力為27 n（6磅），時(shí)間為3分鐘。zui終拋光使用膠體狀二氧化硅和精細(xì)拋光織物，這是一種人工合成的耐腐蝕的拋光織物，拋光時(shí)間為2分鐘，其余參數(shù)相同。
4 中等硬度試樣
在制備硬度范圍寬廣（但低于高硬度試樣）的三塊試樣時(shí)，使用同一種夾持器和幾乎相同的制備步驟。我們預(yù)期會(huì)產(chǎn)生一些問題，結(jié)果不出所料！所選擇的試樣為：ph13-8mo沉淀硬化不銹鋼、退火的m2高速鋼（脫碳）試樣、冷作硬化的cu-20%zn α黃銅。所有三塊試樣的平整性都非常好，但是黃銅試樣發(fā)生了點(diǎn)蝕。
我們用另一種四工序的當(dāng)代制備步驟重新對(duì)這三塊試樣進(jìn)行制備，見表3。
表3：中等硬度至低硬度材料的制備步驟
工序
制備表面/磨料
轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分
方向
時(shí)間，分
1
45μm 磨光盤*
300
反向
2
2
9μm多晶金剛石磨料，聚酯樹脂硬編織襯墊磨光
150
反向
6
3
3μm多晶金剛石磨料，非編織、無絨毛的化學(xué)纖維拋光襯墊上磨光
150
相向
3
4
膠體狀二氧化硅拋光
150
相向
2
*--金屬粘接磨光盤
我們?nèi)匀皇褂?5微米磨光盤，將所有試樣處于同一平面，但此時(shí)動(dòng)力頭的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磨盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。然后再用9微米的多晶金剛石磨料并在聚酯樹脂硬編織襯墊上磨光6分鐘，磨盤轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分，與動(dòng)力頭反向轉(zhuǎn)動(dòng)。接下來用3微米的多晶金剛石磨料并在非編織、無絨毛的化學(xué)纖維拋光襯墊上磨光3分鐘，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分，與動(dòng)力頭相向轉(zhuǎn)動(dòng)。zui后一道工序是用膠體狀二氧化硅懸浮液在精細(xì)織物上拋光2分鐘，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分，與動(dòng)力頭相向轉(zhuǎn)動(dòng)。從m2和ph13-8mo試樣邊緣放大500倍的顯微組織照片。可以看出m2試樣表面的脫碳情況和ph13-8mo試樣表面的氧化物。從α黃銅試樣的表面在每一道工序后的顯微照片?？梢钥闯觯吘壉３值锰貏e好，而且經(jīng)過腐蝕后，顯微組織得以恰當(dāng)?shù)仫@示出。
5 軟材料
退火的cu-20%zn α黃銅、冷作硬化的cu-20%zn α黃銅和輕微冷作硬化的cu-40%zn α + β黃銅等三個(gè)銅基合金經(jīng)過在振動(dòng)拋光機(jī)上用膠體狀二氧化硅拋光一個(gè)半小時(shí)后，并經(jīng)過等量的nh4oh和3%h2o2腐蝕后的顯微組織接近，顯微組織照片達(dá)到出版水平。
三塊a356鑄態(tài)鋁合金試樣、兩塊2011-t3和6061-t6變形鋁合金試樣、還有一塊鋁青銅（cu-11.8%al） 試樣經(jīng)過熱處理得到馬氏體組織后，也準(zhǔn)備采用表3列舉的四工序步驟進(jìn)行制備。但是，45微米的金屬粘接磨光盤對(duì)于鋁合金并不合適，這也不足為奇。因此，我們采用30微米的樹脂粘接金剛石磨光盤完成磨成平面工序，這種制備表面的作用不那么強(qiáng)，效果令人相當(dāng)滿意。表4列出這個(gè)四工序制備步驟。對(duì)于工序1和工序2，每塊試樣所受的力為18 n（5磅）；對(duì)于工序3和工序4，每塊試樣所受的力為22 n（6磅）。
表4：的制備步驟
工序
制備表面/磨料
轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分
方向
時(shí)間，分
1
30微米磨光盤*
300
反向
2
2
9μm多晶金剛石磨料，聚酯樹脂硬編織襯墊磨光
150
反向
5
3
3μm多晶金剛石磨料，非編織、無絨毛的化學(xué)纖維拋光襯墊上磨光
150
相向
3
4
膠體狀二氧化硅拋光
120
相向
2
*--樹脂粘接磨光盤
6 結(jié)論
上述試驗(yàn)表明，金剛石磨光盤可以有效地用作當(dāng)代金相試樣制備步驟的*道磨成平面工序。短絨毛和無絨毛織物可以保證邊緣的平整性。硬編織、無絨毛的聚酯型織物作為磨成平面后的*道工序是理想的，適用于范圍廣泛的材料。當(dāng)使用較細(xì)的金剛石磨料時(shí)，無絨毛的織物都能夠保持試樣的平整性并能提供有效的材料去除速率。精細(xì)拋光織物與膠體狀二氧化硅和其它zui終拋光用懸浮液配合使用，效果都很好。邊緣平整性能夠得到保持，浮突能夠很容易地得到控制，重現(xiàn)性也好。如果要求獲得出版質(zhì)量的顯微組織照片，特別是當(dāng)磨痕很難去除時(shí)，建議使用振動(dòng)拋光。這些以及其它器材為當(dāng)代試樣制備的挑戰(zhàn)提供了有效的手段。