利用有效的金相技術制備銅的微觀結構

銅是一種柔軟且延展性極強的金屬，具有高導電性、良好的耐腐蝕性和一定的強度。銅合金使用可以追溯到古代，包括各種黃銅、青銅以及其它銅合金。大多數銅合金會進行退火或冷加工處理，保持延展性的同時增加硬度。還有一些合金，如鈹銅和黃銅，使用時效硬化處理到高強度水平。銅具有面心立方晶體結構，金相學家通常會遇到紫銅，它是通過電解或化學精煉的，含有少量的銀或砷添加物。其他常見有無氧高導電銅以及磷脫氧銅，其中可能含有砷或碲的添加物。本文介紹了傳統的銅試樣制備方法，這些方法可以減少制備時間，更有效地制備微觀結構。

試樣制備

一般來說，制備銅和銅合金試樣并不困難，至少可以看到真實結構。但是，去除所有的劃痕可能比較困難，冷加工試樣的結構不容易清晰地呈現。特別是退火試樣的晶粒結構很難通過腐蝕完全顯示出來。許多銅基合金含有少量的元素，如鉛和碲，以提高可加工性，但在試樣中保留這些沉淀物也是一個挑戰。同樣，保留紫銅中存在的氧化亞銅也不是一件容易的事。電解拋光是一個選擇，但它往往會破壞這些相。*常見的腐蝕劑是等量的氫氧化銨、過氧化氫（3%濃度）和水的混合物。雖然有點臭，但通過擦拭效果很好，但使用壽命很短，每次都需要重新調配。許多不同的腐蝕劑是基于氯化鐵、鹽酸、水或乙醇的混合物，還有一些是基于過硫酸銨等。這些可以在標準中找到。彩色腐蝕技術對銅及其合金非常有效，但成功的應用主要取決于能否去除細小的劃痕。拋光后的表面在蝕刻之前可能看起來很完 美，但是通過著色腐蝕會發現表面出現劃痕。彩色腐蝕劑可以顯示晶粒結構，任何的偏析及變形。

傳統技術
表1顯示了久經考驗的“傳統”試樣制備方法。這種做法在一定程度上是有效的，但對于去除存在的細小劃痕并不真正有效。

表1 - 手動或自動的傳統制備程序

為了獲得“良好”的彩色蝕刻結果，在蝕刻失敗后必須重復*后一步制備步驟，再重新蝕刻試樣，反復進行才能得到較好的結果。
為了改善結果，可在*終拋光液中添加了一種侵蝕劑。
例如，已發現1%硝酸鐵水溶液有一定效果。但樣品表面的浮凸嚴重，是反復腐蝕-拋光的結果。如果劃痕*終得到控制，但浮凸會很嚴重。圖1顯示了一個退火的彈殼的H70，使用重復的蝕刻-拋光手動制備，并在二氧化硅懸浮液中加入硝酸鐵。效果尚可，但并不完 美。

圖1 - 這種退火彈殼黃銅H70是使用傳統方法制備的，該過程包括多個腐蝕-拋光循環（Klemm的I試劑，100X）。

由于標準程序無法使真正的結構達到彩色腐蝕所要求的完 美程度，因此需要研究新的方法。在過去的十年中金相制備的方法不斷發展產生了更為精簡的程序。

當代方法

圖2.- 采用當代方法制備的退火和冷拉砷、磷脫氧銅（Klemm’s I 試劑，50X，交叉偏振光加敏感色調)。
表2顯示了當前的首 選方法，通常在使用二氧化硅懸浮液再進行一到兩小時的振動拋光，但不加入腐蝕劑。
表2 - 當代制備的五步

圖4顯示在371°C下退火30分鐘后部分再結晶、冷加工的α晶粒結構的微觀結構。大的細長晶粒是未再結晶的晶粒，而背景是大量非常細小的新再結晶的晶粒。

圖3-通過傳統方法制備的冷加工彈殼黃銅H70， 顯示出嚴重的滑移變形(Klemm I試劑)100X，近交叉偏振光，帶有敏感的色調。	圖4 – 通過當代方法制備的部分再結晶的冷加工彈殼黃銅（Klemm III試劑，100X，近交叉偏振光）。