آماده سازی نمونه های متالوگرافی قطعات از جنس مس و آلیاژهای آن

مس به همراه طلا وقلع اولین فلزاتی بودند که انسان های قدیم از آن استفاده می کردند. خصوصیاتی از قبیل شکل و فرم پذیری خوب مس به همراه رنگ جذابش و مقاومتش به خوردگی باعث استفاده آن در صنایع اسلحه سازی، جواهرسازی، کشتی سازی و دیگر کالاهای داخلی شده است.
مس از 9000 سال پیش از میلاد شناخته شد و از 5000 سال پیش از میلاد به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. هنگامی که آلیاژ آن با قلع به نام برنز شناخته شد، عصر برنز یک پیشرفت اقتصادی و فرهنگی عمیق را در جامعه اروپا و حوزه مدیترانه آغاز کرد.
ریخته گری برنز تا سال 1920 م. که فرایندهای نورد گرم و اکستروژن مس و آلیاژهای آن امتحان شد به صورت سنتی انجام می گرفت. این روزها بیشتر مس تولید شده آلیاژی به دلیل ضریب هدایت الکتریکی بالا در کابل ها، اجزای مخابراتی، مبدل ها، موتورهای بادی و ژنراتور کاربرد دارد. مس بدون اکسیژن اساساً در صنایع کامپیوترسازی کاربرد دارد.

مقاومت بالای به خوردگی و ضریب انتقال حرارت بالای مس باعث شده تا در صنایع لوله و مخزن سازی و تبادلگر گرمایی مواد شیمیایی و در صنایع غذایی و نوشیدنی ها مناسب باشد. جدا از کاربردهای سنتی مس در لوله های آب و حرارت، اخیراً معماران به جاذبه اکسید مس در نمای ساختمان پی برده اند.
متالوگرافی مس و آلیاژهای آن برای گرفتن اندازه قطر دانه و معین کردن میزان خلوص اکسید مس برای کیفیت و کمیت مس کاربرد دارد. همچنین میزان توزیع سرب و نوع عملیات ماشینی را در برنج ها مشخص می کند. در ریخته گری مس و آلیاژهای آن میکروساختارهای اصلی و نحوه توزیع سرب یا فاز یوتکتیک ارزیابی می شود به همان خوبی که حفرات انقباضی و تخلخل ها بررسی می شوند.

مشکلات در آماده سازی مس و آلیاژهای آن:

با بالارفتن میزان خلوص، مس نرم تر شده و برای تغییر فرم مکانیکی و خراش ها آماده می شود. در نتیجه سنباده زنی باعث ایجاد تغییر فرم عمیق در مس با خلوص بالا می شود که سنباده زنی و پولیش کردن همراه با فشار بر سطح می باشد. آلیاژهای مس سخت تر هستند اما هنوز تمایل به خراشیده شدن دارند که در بعضی از برنزها بر روی چند دانه اتفاق می افتد.

پیشنهاداتی برای آماده سازی مس و آلیاژهای آن:

برای مقطع زنی مس یکی از کاربیدهای سخت سیلیکون مناسب است که معمولاً برای برش فلزات غیرآهنی استفاده می شود.

برای مانت کردن نمونه رزین فنولیک در بیشتر مواقع مناسب است.

سنباده زنی و پولیش کردن مکانیکی:

پیشنهاد می شود که برای عملیات سنباده زنی از بهترین ماسه استفاده کنید تا از تغییر فرم اضافی مکانیکی جلوگیری شود. سختی، اندازه و شماره نمونه باید گزارش شود. سنباده شماره 500 برای بزرگترین نمونه خالص مس مناسب است. برای قطعات آلیاژی مس شماره سنباده می تواند بین220 تا 230 باشد. مهم این است که نیروی ساینده به قدری کم باشد که از تغییر فرم عمیق پرهیز شود.
برای آلیاژهای نرم تر ساینده کاربید سیلیسیوم با بهترین ماسه پیشنهاد شده است.MD-largo همراه با الماس برای آلیاژهای سخت تر کاربرد دارد و بهترین گوشه ها و همواری با MD-largo بدست می آید.
پولیش الماس باید تا از بین بردن همه ساییدگی های مرحله سنباده زنی ادامه داشته باشد. برای دست-یافتن به بهترین پولیش مکانیکی – شیمیایی، دی اکسید سیلیسیوم می تواند بیشتر خراش های سطحی را از بین ببرد. برای مس خالص پولیش پایانی با محلول شامل نیترات آهن نتیجه خوبی می دهد و برای آلیاژهای مس مخلوط سوسپانسیون OP-S با آب اکسیژنه و آمونیاک محلول پیشنهاد می شود. بعد از یک دقیقه نتایج زیر میکروسکوپ چک شده و اگر لازم شد عمل پولیش ادامه یافته و نتایج دوباره چک می-شود. پیشنهاد می شود این عمل ادامه داشته باشد تا هنگامی که به بهترین کیفیت دست بیابید. اگر خیلی سریع یا خیلی با قدرت attack انجام شد باید آنرا با آب رقیق کنید. (s30 پیش از اتمام پولیش با پاشش آب روی پولیش نمونه را شسته و سپس تمیز و خشک کنید.)
پولیش الکترولیتی برای مس خالص و برنج آلیاژی آلفا مناسب است. برنج دو فازی آلفا و بتا می تواند پولیش شود با این روش که نتایج حاصل از آن برای آنالیز کمی مناسب نیست؛ خصوصاً اگر آلياژ مس شامل سرب باشد.
پیشنیاز یک پولیش الکترولیتی خوب یک سنباده زنی با SiC سنباده شماره2400 یا 4000 است. آلياژهاي ريختگي، به علت تفاوت فازهای گوناگون برای پولیش الکترولیتی مناسب نیستند.
مستقیماً بعد از پولیش، نمونه می تواند به مدت 4 ثانیه با 2 الی 4 ولت اچ شود.

اچ کردن:

راه های زیادی برای اچ کردن مس و آلیاژهای آن وجود دارد که اجرا کردن آن ها نسبتاً آسان است و اچ کردن بیشتر آلیاژهای مس مشکل نیست. تنها برای پیدا کردن محلول اچ کمی مشکل وجود دارد، مخصوصاً برای آن دسته که شدیداً کارسرد شده باشند. در این گونه فلزات محلول رنگی اچ می تواند مفید باشد.
باید به این نکته توجه شود که محلول اچ سرب موجود در آلياژ مس را حل كرده و حفره های سیاه باقی می گذارد. میکروگراف های لازم جهت بررسی کمی توزیع سرب حتماً قبل از اچ کردن گرفته شود. سرب خالص خاکستری آبی است.

محلول هاي اچ:

محلول اچ جهت آشكارسازي دانه ها در مس و آلياژهاي آن: 100 ميلي ليتر آب+ 10ميلي گرم پروكسي دي سولفايد آمونيوم (تازه)
محلول اچ براي تمام انواع مختلف مس و آلياژهايش: 100 تا 120 ميلي ليتر آب يا اتانول+ 20ميلي ليتر اسيد هيدروكلريك + 5 تا 10گرم كلرايد آهن III با غلظت متفاوت.
محلول اچ جهت آشكارسازي دانه ها و مرزدانه: 25 ميلي ليتر آب مقطر+ 25 ميلي ليتر محلول آمونياكي+ 5 تا 25 ميلي ليتر پروكسيدهيدروژن 3% (مقادير زياد براي آشكارسازي دانه ها و مقادير كم براي آشكارسازي مرزها).
محلول اچ جهت برنج آلفا-بتا: 120ميلي ليتر آب+ 10گرم كلرايد آمونيوم مسII + افزودن آب مقطر تا زماني كه رسوبات حل شوند.
پوليش سريع و مناسب و محلول اچ جهت مس خالص: 100ميلي ليتر آب+ 100ميلي ليتر اتانول + 19 گرم نيترايدآهنIII.

خلاصه:

به علت شکل پذیری خوب، بالابودن هدایت الکتریکی و گرمایی و مقاومت به خوردگی، مس خالص در مهندسی برق، صنایع الکترونیک و غذا و نوشیدنی استفاده می شود. برنج و برنز و دیگر آلیاژهایش نیز در قسمت های کوچک پمپ های مقاوم به آب خانگی استفاده می شود. متالوگرافی مس و آلیاژهای آن در کنترل کیفی برای سنجش میزان خلوص آن و اندازه گیری قطر دانه کاربرد دارد. علاوه بر این در ارزیابی ساختار کلی آلیاژهای ریخته گری شده کاربرد دارد. مس فلزی نرم و شکل پذیر و مستعد برای کارهای مکانیکی است. بنابراین توجه کنید برای سنباده زنی در اولین بار بهترین کاغذ سنباده ممکن را استفاده کنید.
پولیش الماس برای فلزات نرم است و می تواند برای مس خالص استفاده شود. پولیش شیمیایی مکانیکی نهایی با سوسپانسیون OP-S لازم است. آلیاژهای مس بدون سرب می توانند پولیش الکترولیتی شوند. اچ کردن با محلول های معمول آسان است. علاوه بر این اچ کردن با محلول های رنگی می تواند ساختارهاي جالبي را آشکار کند .