化学沉积干涉膜彩色金相技术

彩色金相技术的浅析与应用摘要：彩色金相是金相技术发展后期才出现的一种先进的金相显示技术，它综合了光学、化学、色彩学等多个学科的知识，充分光的各种特性，使材料不同组织显示出不同颜色，与传统黑白金相相比体现出明显的优势。

一般来说，它具有更高的鉴别能力，能显示晶界、枝晶、第二相和成分偏析等，提供更多关于材料显微组织的有用信息，并能提高组织显示的精确性。

这种技术在钢铁、铝合金等传统材料已有非常成功的应用，但在镁合金上的应用才刚刚开始，对大多数镁合金而言是应用空白。

对镁合金的彩色金相分析技术进行研究，对镁合金组织的精细研究和镁合金材料的发展具有十分重要的意义。

关键词：彩色金相技术；应用引言传统光学金相，是通过化学试剂的刻蚀作用，使金属表面产生凸凹不平，从而产生反光能力的差别，即通过所谓“黑白衬度”来显示微观组织的形貌特征。

对于钢铁材料而言，传统金相方法最常用的刻蚀剂为3%～5%的硝酸酒精溶液，但是钢铁材料里的铁素体相和渗碳体相在用硝酸酒精刻蚀后均呈现白亮色，不能辨别。

彩色金相是利用化学法（电化学刻蚀沉积法、恒电位刻蚀沉积法、热氧化法等）或物理法（真空镀膜法、离子溅射法等），在试样表面形成一层具有特殊性质的薄膜，利用光的薄膜干涉效应，使金属及合金的显微组织呈现同的颜色，从而通过所谓的“颜色衬度”去辨别显微组织。

1、光学金相技术的发展同其它金属材料一样，对于镁合金材料的研究也必然要以金相技术作为研究和检验的基础手段。

金相技术发展到现在已经有一百多年历史了，从最初的光学金相显微镜发展到现代高分辨电子显微镜，已经有了巨大的变化。

虽然现代电子显微镜的迅速发展为揭开材料组织中微观结构的奥秘发挥着越来越大的作用，在推动材料科学的进一步发展和阐明材料中的组织转变机制、相的结晶构造、晶体缺陷的形态、分布和作用等方面显示出了巨大的威力，但是它并不能取代传统光学金相的作用。

光学金相有价廉、易于操作、视野范围宽等优点，能使分析者在较大范围内掌握材料中组织的变化情况，从而对材料的整体状况做出较正确的判断。

彩色金相技术的浅析与应用李永德;张培;毛振宁;刘明艳;曹彩玉【摘要】利用"黑白衬度"金相和彩色金相技术研究五种铁碳合金(热轧态37Mn5、中温回火65Mn、铸态QT400-18L、热轧态P92超超临界钢和退火态20钢)和一种钛合金(热锻后淬火)的金相组织.研究结果表明,"黑白衬度"金相仅能用来观察传统碳钢和低合金钢的金相组织,试剂一(40 mL水+1 mL稀硝酸+0.5 g钼酸钠)、试剂二(盐酸(35%)+蒸馏水=1:5体积比(共100 mL)+0.5~1 g的焦亚硫酸钾)和热染法三种彩色金相方法能够清晰地观察球墨铸铁材料QT400-18L的铁素体基体晶界,且三种方法在操作性方面均较容易实现.热染法也可用来观察工业上批量化生产的碳钢和低合金钢的金相组织.%Absract:The microscopic structures of five iron-carbon alloys (including hot rolled 37Mn5, medium- temperature tempered 65Mn, as-cast QT400-18L, hot rolled P92 and annealed 20 steel) and one titanium alloy (quenched after hot forging) were investigated by using the color metallographic technology and "black and white contrast" metallography. It was shown that the "black and white contrast" metallography could only be used to observe the microstructure of conventional carbon steel and low alloy steel. Three color metallographic methods which were easily operated can be used to observe the ferrite grains in QT400-18L. Heat dyeing can be used to observe the metallurgical structures of carbon steel and low alloy steel in industrial mass production.【期刊名称】《河北工程大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(034)003【总页数】4页(P93-96)【关键词】彩色金相;铁碳合金;铁素体;珠光体;钛合金【作者】李永德;张培;毛振宁;刘明艳;曹彩玉【作者单位】河北工程大学材料科学与工程学院,河北邯郸 056038;河北工程大学材料科学与工程学院,河北邯郸 056038;河北工程大学材料科学与工程学院,河北邯郸 056038;河北工程大学材料科学与工程学院,河北邯郸 056038;河北工程大学材料科学与工程学院,河北邯郸 056038【正文语种】中文【中图分类】TG142.1传统光学金相[1-5]，是通过化学试剂的刻蚀作用，使金属表面产生凸凹不平，从而产生反光能力的差别，即通过所谓“黑白衬度”来显示微观组织的形貌特征[6-10]。

表面镀金刚石的原理
表面镀金刚石的原理是利用化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）技术。

在CVD过程中，通过加热金属基底，将气态的金属化合物和碳源共同引入反应室中。

首先，金属基底（如钢）被加热到高温，在反应室中引入金属含有化合物（如金属有机化合物）和碳源（如甲烷）。

在高温下，金属化合物分解并与碳源发生反应，生成金刚石的碳原子。

随着CVD过程的进行，金刚石碳原子逐渐沉积在金属基底上，并且由于高温和气相反应的影响，金刚石形成的结构相对较完整和均匀。

最后，经过一段时间的CVD过程，金属基底上的金刚石层逐
渐增厚，形成金属基底表面的金刚石涂层。

总的来说，表面镀金刚石的原理是在高温条件下，通过化学气相沉积技术将金刚石碳原子沉积在金属基底表面上，形成金刚石涂层。

这种涂层具有高硬度、高耐磨、抗腐蚀等优良性能，广泛应用于各个领域。

相染色技术主要是以薄膜干涉现象为基础，也称为“干涉膜金相”。 金属及合金中显微组织对光的反射能力略有差别，但不具备明显的选择 性吸收，因此，在光学金相显微镜下观察时，不能显示出颜色的差别。 彩色金相技术主要是利用化学或物理的方法，在金相试样表面形成一层 薄膜，利用光对薄膜的干涉效应，使不同相显示出不同的色彩，从而提 高对金属及合金中各种相的鉴别能力，这就是相染色技术的原理所在。
硫化物沉积在阳极上形成薄膜，因此使组织的阳极相着色。这类试剂主 要是以偏重亚硫酸盐为基的溶液。常用的偏重亚硫酸盐为偏重亚硫酸钠 （Na2S2O5）或偏重亚硫酸钾（K2S2O5），试剂中可以加硫代硫酸钠 （Na2S2O3）或酸。当抛光试样浸入这类试剂的水溶液中时，偏重亚硫酸 盐分解，放出SO2、H2S和H2，SO2能消除表面的钝化。
彩染色技术的原理及各类常用方法； 2.掌握化学染色法的一般操作技术。
二、实验内容
金属、合金中的某些相，如钢铁材料中的氮化物、硫化物和氧化物，
利用金相显微镜的一些组件在明场、暗场和偏光下观察，会获得各种色
彩。 但对于钢、铸铁、合金钢，有色金属及合金等不具有天然色彩的材
② 阴极试剂 在该试剂中，薄膜沉积在试样显微组织的微电池阴极相上， 因此使阴极相着色。沉积在阴极上的膜，既可以是金属元素，也可以是 氧化物，这要根据试剂的成分而定。例如由六价钼的钼酸盐还原成四价 钼的MoO2：
③ 复合试剂 这种试剂主要是硫代硫酸盐为主的复杂溶液。
恒电位法
恒电位染色是一种电化学侵蚀法，是以合金中各相的电化学性质的 不同为基础的，即以各相的极化曲线的差异为根据的。其主要原理是在 事先测出各相的极化曲线的基础上，只需改变电位便能控制各相的溶解 速度，从而调节各相在显微镜下的反差。并且只要电位恒定，就有良好 的重复性。而在普通化学侵蚀中，电位是不能控制的，所以难以得到稳 定的显示效果。