金相切割片廠家淺談國內(nèi)外金相拋光機的發(fā)展?fàn)顩r分析

摘要：介紹了國內(nèi)外金相拋光機的研究情況，以及各種類型拋光機的性能與特點。就我國拋光機的性能和冷卻裝置等方面存在的問題進(jìn)行了討論；以微處理器為基礎(chǔ)的各種制樣設(shè)備代表著金相試樣制備的先進(jìn)技術(shù)，通過機電結(jié)合、軟硬件結(jié)合及互補，增加柔性拋光功能，改進(jìn)冷卻方式等來改造傳統(tǒng)的金相試樣拋光設(shè)備。

材料是人類生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，它可以直接反映出人類文明的程度。金屬材料的力學(xué)性能不僅與它的化學(xué)成分有關(guān)，也與它的組織結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。了解它們之間的關(guān)系并掌握它們之間的變化規(guī)律，進(jìn)行正確的金相分析是有效使用材料所必需的。 　　

要進(jìn)行金相分析，就必須制備能用于微觀觀察檢驗的樣品—金相試樣。通常，金相試樣制備要經(jīng)過以下幾個步驟：取樣、鑲嵌、磨光(粗磨和細(xì)磨)和拋光。每項操作都必須嚴(yán)格細(xì)心因為任何階段的失誤都可能影響以后的步驟，在極端的情況下，不正確的制作可能造成假組織，從而得出錯誤的結(jié)論川。金相試樣的制備是通過切割機、鑲嵌機、磨/拋光機來完成的，金相試樣的Z終質(zhì)量是由拋光工序決定的，拋光是金相制樣過程中至關(guān)重要的一環(huán)。拋光是將試樣上磨制產(chǎn)生的磨痕及變形層去掉，使其成為光滑鏡面的Z后工序。拋光試樣的方法有機械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光以及復(fù)合拋光等。機械拋光是現(xiàn)階段應(yīng)用Z為廣泛的拋光方法，其正確的工藝和操作方法是在保證獲得優(yōu)質(zhì)的試樣和其他條件(如邊緣保留及石墨和夾雜物保留等)的情況下具有Z高的拋光速率選擇可靠性高的金相試樣拋光機，可以提高制樣效率和質(zhì)量，減少試樣廢品率，從而降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，獲得樣品質(zhì)量的高度一致性。

1、金相試樣拋光的技術(shù)要求 　

拋光操作的關(guān)鍵是要設(shè)法得到Z大的拋光速率，以便盡快除去磨光時產(chǎn)生的損傷層。同時也要使拋光損傷層不會影響Z終觀察到的組織，即不會造成假組織。這兩個要求是矛盾的。前者要求使用較粗的磨料，以保證有較大的拋光速率來去除磨光的損傷層，但拋光損傷層也較深；后者要求使用Z細(xì)的材料，使拋光損傷層較淺，但拋光速率低。解決這個矛盾的Z好的辦法就是把拋光分為兩個階段進(jìn)行。首先是粗拋，目的是去除磨光損傷層，這一階段應(yīng)具有Z大的拋光速率，粗拋形成的表層損傷是次要的考慮，不過也應(yīng)當(dāng)盡可能??；其次是精拋(或稱終拋)，其目的是去除粗拋產(chǎn)生的表層損傷，使拋光損傷減到Z小?！?/span>

拋光時，試樣磨面與拋光盤應(yīng)絕對平行并均勻地輕壓在拋光盤上，注意防止試樣飛出和因壓力太大而產(chǎn)生新磨痕。同時還應(yīng)使試樣自轉(zhuǎn)并沿轉(zhuǎn)盤半徑方向來回移動，以避免拋光織物局部磨損太快在拋光過程中要不斷添加微粉懸浮液，使拋光織物保持一定濕度。濕度太大會減弱拋光的磨痕作用，使試樣中硬相呈現(xiàn)浮凸和鋼中非金屬夾雜物及鑄鐵中石墨相產(chǎn)生“曳尾”現(xiàn)象；濕度太小時，由于摩擦生熱會使試樣升溫，潤滑作用減小，磨面失去光澤，甚至出現(xiàn)黑斑，輕合金則會拋傷表面。

為了達(dá)到粗拋的目的，要求轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速較低，Z好不要超過500r/min；拋光時間應(yīng)當(dāng)比去掉劃痕所需的時間長些，因為還要去掉變形層。粗拋后磨面光滑，但黯淡無光，在顯微鏡下觀察有均勻細(xì)致的磨痕，有待精拋消除。

精拋時轉(zhuǎn)盤速度可適當(dāng)提高，拋光時間以拋掉粗拋的損傷層為宜。精拋后磨面明亮如鏡，在顯微鏡明視場條件下看不到劃痕，但在相襯照明條件下則仍可見到磨痕。

金相試樣拋光質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響試樣的組織結(jié)構(gòu)，已逐步引起有關(guān)專家的重視。近年來，國內(nèi)外在拋光機的性能上作了大量的研究工作，研究出不少新機型、新一代的拋光設(shè)備，正由原來的手動操作發(fā)展成為各種各樣的半自動及全自動拋光機。下面介紹幾種常用的機械拋光機的性能和特點。

2、金相拋光機的性能與特點　

2.1國外拋光機的性能與特點

(l)丹麥Struers公司研制的Abrapol-10型高科技自動化立地式金相拋光機。試樣可以不經(jīng)鑲嵌裝在特殊夾具上，夾具由另一電動機帶動，其轉(zhuǎn)動方向與拋光盤相反。夾具與拋光盤之間的壓力可以在0～7OON之間任意調(diào)節(jié)。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定拋光時間后，夾具自動抬起并停止。夾具的特點是能適應(yīng)各種形狀的試樣。對于線材及尺寸較小的棒材試樣，可把試樣分成三組，用厚鋼板及螺釘固定在夾具上，每組可裝20～40個線材試樣，對于較大試樣每個夾具可以裝6塊。夾具上試樣孔的設(shè)計是使樣品與夾具及固定螺釘始終保持三點接觸。如果兩個人使用3臺這種設(shè)備，lh可制備6至8個夾具試樣，實際上每個夾具試樣在3臺設(shè)備上的總有效時間總共只有6min，具有很高的拋光效率，而且試樣的拋光質(zhì)量能達(dá)到金相分析的要求。

(2)美國Buehler公司研制生產(chǎn)的vanguard型全自動拋光機從粗拋到Z后精拋整個過程全自動完成，可以設(shè)置50個常用工作程序，操作界面友好，彩色液晶顯示，觸摸式操作，整個過程的每個工序之間都進(jìn)行夾持器和樣品的清洗與烘干，充分保證了樣品制備的高效與高制性，操作過程的全自動化模式，節(jié)省了人工并提高了效率與質(zhì)量。試樣由拋光臂按照一定軌跡在拋光盤內(nèi)運動，拋光臂上的壓力可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，Z大可達(dá)20N。在預(yù)定的拋光時間內(nèi)，此壓力將逐漸自動減小到零，這樣可減少拋光缺陷。拋光臂的速度也可以調(diào)節(jié)，每道工序只需2～5min，適用于各種材料。

2.2國內(nèi)拋光機的性能與特點　

(1)萊州市蔚儀試驗器械制造有限公司制造的MoPao1000型金相試樣自動磨拋機可同時加工6個金相試樣，數(shù)字顯示制樣轉(zhuǎn)速，制樣時間可調(diào)，磨拋盤具有二級定速和無級調(diào)速兩種功能，磨拋頭主軸可無級轉(zhuǎn)速， 配有快速更換式磨拋盤，多試樣夾持器，中心力加載，大容量磨料自動配送系統(tǒng)并且還具有“一鍵修復(fù)”程序功能。 磨拋盤轉(zhuǎn)速：50-600r/min(無級調(diào)速) or 150r/min、300r/min（兩級定速），加荷范圍：1-200牛頓(N) 制樣時間：0-999秒(S)， 試樣Z大直徑： 30mm。該機的優(yōu)點是能在很短的時間內(nèi)，達(dá)到Z優(yōu)的拋光速度，并且消除試樣表面的劃痕，使試樣符合金相分析與研究的要求，在國內(nèi)同行業(yè)中屬于領(lǐng)先水平。

(2)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機電新技術(shù)公司研制生產(chǎn)的DMP-3A10型金相拋光機采用電腦控制，拋光時間采用倒計時數(shù)字顯示，在0～99min595定時范圍內(nèi)任意給定。壓力按加載大小數(shù)字顯示，在O～200N加載范圍內(nèi)任意給定磨盤轉(zhuǎn)速采用儀表顯示，在0～50r/min范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。工作時，磨盤在調(diào)速電機的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)一設(shè)定的壓力，按理想的加壓保壓和分段卸壓方式將夾持盤壓在轉(zhuǎn)動的磨盤上，從而能快速去除試樣表面的磨痕和消除變形層拋光時間到達(dá)后，磨盤停止轉(zhuǎn)動，夾持盤自動提升，從而實現(xiàn)無人監(jiān)控操作{6。DMP-3A10型金相拋光機可根據(jù)不同金屬材料的需要現(xiàn)場設(shè)置和存儲工作參數(shù)(速度、壓力和時間)，也可從存儲器中調(diào)用已事先優(yōu)化的工作參數(shù)，具有很高的智能化程度。

(3)南京測控科學(xué)器材有限公司研制的GPV型金相變頻調(diào)速拋光機采用無級變速，從1400～50r/min，并具有數(shù)字顯示轉(zhuǎn)速的功能變頻調(diào)速是被理論和實踐證明的“節(jié)能明顯，功能豐富，性能穩(wěn)定”的調(diào)速裝置，根據(jù)不同材料，拋光時需要選擇合適的速度，得到Z佳的效果。

3、討論

縱觀國內(nèi)外拋光機的狀況，國內(nèi)研發(fā)的拋光機在性能和外觀等方面還存在一定差距。例如，國內(nèi)研制的拋光機多數(shù)機型的拋光盤為單盤或雙盤，有水龍頭，但冷卻條件差由于冷卻條件差，試樣表面易發(fā)熱變灰暗，而且會繼續(xù)增厚形變擾動層，對快速拋光好試樣帶來麻煩；拋光盤轉(zhuǎn)速固定不變，而金相試樣制備過程不允許組織變形，軟相(石墨)脫落，硬相(碳化物)浮凸，拋光后試樣表面應(yīng)光亮如鏡、無磨痕。為此，不同性質(zhì)的材料，需采取不同措施?！　?/span>

而國外研制的全自動拋光機，能夠自動控制冷卻液的流量，整個操作過程采用全自動化模式，節(jié)省了人工并有效地提高了研究效率與質(zhì)量?！?/span>

我國金相試樣制備的研究開發(fā)雖然已有幾十年的歷史，并己取得了一定的成績，但是和國外相比仍然有明顯的不足，制約我國金相試樣制備技術(shù)發(fā)展的因素主要有以下幾個方面: (1)我國目前還沒有金相試樣拋光機國家標(biāo)準(zhǔn)，金相試樣拋光機作業(yè)質(zhì)量的測試指標(biāo)以及測試條件，各個生產(chǎn)研制單位大多是根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對金相試樣拋光進(jìn)行測試檢驗，判定標(biāo)準(zhǔn)不一，影響了新機型的開發(fā)研制。

(2)缺乏懂金相知識與機械設(shè)計及其控制的綜合性人才，這無形中增加了我國金相取樣制樣設(shè)備的研究和開發(fā)的難度。

(3)冶金、機械、汽車、拖拉機、兵器、航天航空、軸承、工模具等制造行業(yè)中所需的金屬材料類型多樣化，由于各種金屬材料的物理、化學(xué)等性能不一，使拋光機在試驗參數(shù)測定確定Z佳性能指標(biāo)等方面有很大難度。 　　

(4)金相試樣拋光的機制研究和系統(tǒng)的理論欠缺，研究手段相對落后〔我國金相試樣拋光機的設(shè)計和開發(fā)要適合我國的具體國情，不僅要適合我國廣大金相工作者對金相試樣拋光機各種性能的要求，提高制樣質(zhì)量和自動化程度，同時應(yīng)考慮到金相工作者不同知識層次的需要，使設(shè)備力求操作簡單、安全可靠，而且應(yīng)考慮盡量降低成本，提高性能價格比，使金相試樣拋光機在各種規(guī)模、各種類型的企業(yè)實驗室得到應(yīng)用和普及，促進(jìn)我國金相事業(yè)的發(fā)展。

目前，就拋光機設(shè)計而言，仍面臨許多急待突破的技術(shù)難題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 

a.拋光方式的研究 　　

先進(jìn)的金相試樣拋光機，需要有先進(jìn)的理論作指導(dǎo)目前，有關(guān)金相試樣拋光機的理論著作過于老化，新理論和學(xué)術(shù)研究性文章比其他機械技術(shù)理論少，且深度不夠，學(xué)術(shù)價值低，這給新機型的開發(fā)研制帶來了困難。理論研究是今后有待深人探討的關(guān)鍵內(nèi)容之一。 　　

b.冷卻方式的研究 　　

多數(shù)試樣拋光方法Z重要的特點是拋光時產(chǎn)生高溫，會造成金相組織發(fā)生變化，給金相分析造成困難因而，金相取樣時必須進(jìn)行充分冷卻。通常使用的冷卻液為水，冷卻試樣靠自來水壓力注射，冷卻程度的好壞直接關(guān)系到試樣的切割質(zhì)量。目前，關(guān)于試樣拋光的冷卻方式的專題研究成果還未見報道?！　?/span>

c.控制方法的研究 　　

在處理復(fù)雜系統(tǒng)控制問題時，傳統(tǒng)控制方法對于復(fù)雜性、不確定性、突變性所帶來的問題總有些力不從心·為了適應(yīng)不同技術(shù)領(lǐng)域和社會發(fā)展對控制科學(xué)提出的新要求，我們必須發(fā)展新的控制模式。 　　

近年來，在傳統(tǒng)控制中加人邏輯推理和啟發(fā)式知識，將傳統(tǒng)控制理論與模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等人工智能技術(shù)結(jié)合起來，充分利用人的控制知識對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制，逐漸形成拋光機的智能控制。

4、結(jié)論 　　

目前金相試樣拋光設(shè)備形式多樣，各種半自動化、自動化產(chǎn)品在各種規(guī)模及各種類型的企業(yè)實驗室得到廣泛應(yīng)用，使操作者的工作量得以減小，制樣效率得到提高；以微處理器為基礎(chǔ)的各種制樣設(shè)備代表著金相試樣制備的先進(jìn)技術(shù)通過機電結(jié)合軟硬件結(jié)合及互補，增加柔性拋光功能等方式，改造傳統(tǒng)的金相制樣設(shè)備，就可以獲得手工操作難以實現(xiàn)的高精度、高性能和再現(xiàn)性好的金相試樣。