CN112881139B

CN112881139B - 一种因瓦合金腐蚀液及其应用

Info

Publication number: CN112881139B
Application number: CN202110097254.XA
Authority: CN
Inventors: 何珺; 陈翠欣; 胡嘉鑫; 马宝国; 苗赛男; 陈翠玲; 彭会芬; 张昌
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2041-01-25
Also published as: CN112881139A

Abstract

本发明为一种因瓦合金腐蚀液及其应用。该腐蚀液的组成及重量百分比如下：甘油:10％～20％、盐酸：10％～20％、氯化铁:20％～40％、氯化铜：5％～10％，其余为水；其应用为应用，将切割后的因瓦合金试样进行研磨、抛光后，超声震荡10～15s后，将试样浸没入腐蚀液中，完成腐蚀。本发明可应用于因瓦合金的腐蚀，配方简单，保存时间长，整体使用方法简单，对实验人员无特殊要求且不存在安全威胁。

Description

一种因瓦合金腐蚀液及其应用

技术领域

本发明涉及一种因瓦合金的腐蚀方法技术领域，具体涉及一种因瓦合金的腐蚀液的配方及使用方法，该配方及使用方法可应用于铸造因瓦合金的宏观及胞状亚结构的腐蚀观察，为因瓦合金的进一步开发利用提供相应的数据支持。

背景技术

因瓦合金(Invar Alloy)是一种膨胀系数极低的合金，既其体积不随着温度而变化或者变化量非常小的合金。由于因瓦合金的低膨胀特性，被广泛应用于精密天平、激光仪器、长距离输电、激光陀螺仪、天然气(LNG)运输船的液货舱、航空航天的复合模具中。因瓦合金虽然具有强大的应用背景，但是其强韧性不高。由于胞状亚结构的出现位错密度不均匀以及胞壁起到亚晶界的作用,有利于强度与韧性的同步提高，因此对于胞状亚结构的研究显得尤为重要。但是，因此在进行微观组织观察前的腐蚀工作较难进行，尤其是胞状亚结构的腐蚀尤为困难。

在现有的技术中，一般会采用王水(HCl:HNO₃＝3：1)对因瓦合金直接腐蚀，但由于王水腐蚀性较强，腐蚀过程较难控制，并不能很好的得到胞状亚结构的显示，配置过程中危险性较大，对实验人员的操作能力具有较高的要求，同时王水不易保存每次使用都需要重新配置，因此不经常使用；另外还会采用30％或者过饱和的氯化铁水溶液直接腐蚀，但由于氯化铁在试样表面及易结晶，覆盖在试样表面，很大程度的影响了试样的观察，同时氯化铁的水溶液在存放过程中会存在不同程度的沉淀，造成腐蚀液失效；目前也有用因瓦合金的电解抛光液及电解抛光方法(专利号CN 108505108 B)，虽然电解抛光技术是效率高，但是获得合适的抛光液及工艺参数比较困难，而且仅能腐蚀出因瓦合金的晶界，并不能显示胞状亚结构；通过超高温激光共聚焦显微镜模拟熔炼过程虽然可以直接显示胞状亚结构，但是对于样品和人员要求较高，费用昂贵，而且在加热过程中热蚀出晶界，会随温度升高，产生“双晶界”(晶粒长大造成)，造成误判。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种简单廉价易于操作的因瓦合腐蚀液及使用方法，致力于更好的服务胞状亚结构和晶界对于因瓦合金性能的研究。该方法可应用于因瓦合金的腐蚀，配方简单，保存时间长，整体使用方法简单，对实验人员无特殊要求且不存在安全威胁。

本发明的技术方案为：

一种因瓦合金腐蚀液，该腐蚀液的组成及重量百分比如下：

甘油:10％～20％、盐酸：10％～20％、氯化铁:20％～40％、氯化铜：5％～10％，其余为水。

优选为甘油:10％、盐酸：10％、氯化铁:40％、氯化铜：5％，其余为水。

所述的盐酸为浓盐酸，质量浓度为36％-38％。

所述的因瓦合金腐蚀液的制备方法，包括如下步骤：

按照所述的比例，将盐酸、甘油加入到水中，然后再加入氯化铁、氯化铜，搅拌2分钟，得到腐蚀液。

所述的因瓦合金腐蚀液的应用，包括以下步骤：

1)将切割后的因瓦合金试样进行研磨，研磨所用水砂纸顺序分别为400#、600#、1000#、1200#、1500#、2000#、2500#；

2)再依次进行粗抛和精抛；得到的样品的粗糙度Ra＝0.63～0.01微米；将抛光完成后的试样再次用酒精清洗、吹干；

3)容器内加入腐蚀液，40℃-45℃恒温水浴下超声震荡10～15s后，将试样浸没入所述的腐蚀液中25～70s；所述的震荡频率为10～25HZ；

4)腐蚀结束后，去除，清洗，完成腐蚀。

步骤3)中所述的腐蚀液是制备后放置1-10天的腐蚀液。

本发明的实质性特点为：

当前的腐蚀液中，浓盐酸(质量分数约为37％)具有极强的挥发性，因此盛有浓盐酸的容器打开后氯化氢气体会挥发，与空气中的水蒸气结合产生盐酸小液滴，而腐蚀剂主要是依靠盐酸中的氯离子促进反映的进行的。但往往腐蚀一般需要很长时间和较高温度下进行尝试，随着时间进行，盐酸极易挥发，造成腐蚀剂失效。并且现有方法必须借助昂贵精密设备才能腐蚀出胞状亚结构；

本发明的腐蚀剂利用组成之间的恰当配比，克服了挥发现象，解决了腐蚀剂的时效的问题，而且随时间延长，腐蚀效果更好。而且该使用方法配合恒温水浴及超声波震荡，避免氯化铁和氯化铜的腐蚀结晶情况，而且腐蚀更加均匀效果更好。而且可以直接可用，不需要借助任何设备直接就可以腐蚀出因瓦合金的胞状亚结构和晶界。

本发明的有益效果是：

本发明涉及的原料在实验室较为常见，配置简单，对操作人员无特殊要求，不存在安全威胁，长时间存放不会产生沉淀。便于观察，操作过程中，可以根据试验需求调整腐蚀时间以获得不同的实验结果。此方法操作简单，能为因瓦合金的研究提供准确的数据支持。

应用时通过恒温水浴及超声波震荡，有效的防止氯化铁在使用过程中在试样表面形成结晶，通过控制腐蚀时间能够较获得因瓦合金的晶界及胞状亚结构。

该使用方法的优点是：此配方所用化学试剂，加之使用恒温水浴及超声波振荡，

具体体现在：

与传统腐蚀剂盐酸挥发造成的“时效”性(配置后，1到2个小时，根据盐酸多少有所变化)可用，超时失效)相比，改配方的腐蚀液能够长时间存放，再次使用时仍然能起到很好的腐蚀效果；

1.采用超声波震荡的腐蚀，避免了氯化铁及氯化铜在试样表面结晶，试样表面质量更好，腐蚀效率大大提高。

2.如果采用超高温激光共聚焦显微镜昂贵精密的设备，且在加热过程中热蚀出晶界，会随温度升高，产生“双晶界”(晶粒长大造成)，造成误判(图5)。

3.可以通过控制腐蚀时间来观察胞状亚结构(图3)、位错蚀坑(图6)及因瓦合金晶界(图7)，一种腐蚀液多种用途。

附图说明

图1为实施例1中金相显微镜下因瓦合金胞状亚结构腐蚀形貌图；

图2为实施例2中腐蚀液放置3天后金相显微镜下因瓦合金胞状亚结构腐蚀形貌图；

图3为实施例3中腐蚀液放置7天后金相显微镜下因瓦合金胞状亚结构腐蚀形貌图；

图4为实施例4中未使用超声波震荡下金相显微镜下因瓦合金胞状亚结构腐蚀形貌图；

图5为实施例3中超高温激光共聚焦显微镜胞状亚结构腐蚀形貌图；

图6为实施例3中扫描电镜因瓦合金位错蚀坑腐蚀形貌图；

图7为实施例3中金相显微镜下因瓦合金晶界腐蚀形貌图。

具体实施方式

以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1：

依次将质量浓度为36％-38％的浓盐酸(10％质量比-指占腐蚀液总质量比例，以下比例同)、甘油(10％质量比)倒入水(质量比为35％)中，最后再将氯化铁(40％质量比)、氯化铜(5％质量比)放入上述溶液中，混合完毕后再进行充分搅拌2min，以保证氯化铁和氯化铜完全融化。配置腐蚀也过程中需要佩戴好护目镜及防护手套。配置好的腐蚀液静置以备腐蚀使用；取因瓦合金试样，以此经过400#、600#、1000#、1200#、1500#、2000#、2500#砂纸研磨，每次研磨要把上一道砂纸的磨痕磨掉再结束，研磨结束后，再进行粗抛光和精抛光(通过金刚石研磨膏和海军呢抛光布完成抛光，其中粗抛用研磨膏粒度为W2.5，精抛用研磨膏粒度为W1.5。以下实施例同)，抛至试样表面无任何划痕(样品的粗糙度Ra＝0.63～0.01微米)，将抛光完成后的试样再次用酒精清洗、吹干，再用镜头纸或无尘布包好，以备腐蚀用；

打开超声波震荡仪恒温水浴功能，将盛有腐蚀夜的烧杯至于其中，并将水浴温度调整至40℃-45℃；待温度达到后，开启超声波震荡仪的震荡功能，震荡频率为25HZ，将因瓦合金(其成分包括：镍36％，铁63.8％，碳0.2％)试样浸入腐蚀液中，侵蚀25S-45S(此阶段内，保持超声震荡，后续实施例同)，将试样取出用酒精快速清洗并吹干，采用200倍-400倍光学显微镜观察因瓦合金胞状亚结构。

实施例2：

依次将质量浓度为36％-38％的浓盐酸(10％质量比)、甘油(10％质量比)倒入水(质量比为35％)中，最后再将氯化铁(40％质量比)、氯化铜(5％质量比)放入上述溶液中，混合完毕后再进行充分搅拌2min，以保证氯化铁和氯化铜完全融化。配置腐蚀也过程中需要佩戴好护目镜及防护手套。配置好的腐蚀液静置3天以备腐蚀使用；取因瓦合金试样，以此经过400#、600#、1000#、1200#、1500#、2000#、2500#砂纸研磨，每次研磨要把上一道砂纸的磨痕磨掉再结束，研磨结束后，再进行粗抛光和精抛光，抛至试样表面无任何划痕(样品的粗糙度Ra＝0.63～0.01微米)，将抛光完成后的试样再次用酒精清洗、吹干，再用镜头纸或无尘布包好，以备腐蚀用；

打开超声波震荡仪恒温水浴功能，将盛有腐蚀夜的烧杯至于其中，并将水浴温度调整至40℃-45℃；待温度达到后，开启超声波震荡仪的震荡功能，震荡频率为25HZ，将试样浸入腐蚀液中，侵蚀25S-45S,将试样取出用酒精快速清洗并吹干，采用光学显微镜观察因瓦合金胞状亚结构。

实施例3：

依次将质量浓度为36％-38％的浓盐酸(10％质量比)、甘油(10％质量比)倒入水中，最后再将氯化铁(40％质量比)、氯化铜(5％质量比)放入上述溶液中，混合完毕后再进行充分搅拌2min，以保证氯化铁和氯化铜完全融化。配置腐蚀也过程中需要佩戴好护目镜及防护手套。配置好的腐蚀液静置7天以备腐蚀使用；取因瓦合金试样，以此经过400#、600#、1000#、1200#、1500#、2000#、2500#砂纸研磨，每次研磨要把上一道砂纸的磨痕磨掉再结束，研磨结束后，再进行粗抛光和精抛光，抛至试样表面无任何划痕(样品的粗糙度Ra＝0.63～0.01微米)，将抛光完成后的试样再次用酒精清洗、吹干，再用镜头纸或无尘布包好，以备腐蚀用；

图1是放置1天后腐蚀的金相显微镜下因瓦合金胞状亚结构腐蚀形貌图，图中可以看出亚结构隐约显现出来，但是结构特征不明显；图2放置3天后金相显微镜下因瓦合金胞状亚结构腐蚀形貌图，图中亚结构虽然显示出来，但是结构特征不明显；图3为放置7天后金相显微镜下因瓦合金胞状亚结构腐蚀形貌图，亚结构结构特征清晰显示出来。说明本发明具有时间延长，腐蚀效果更好的性能。

图5是超高温激光共聚焦显微镜胞状亚结构腐蚀形貌图，从图中可以看出在加热过程中热蚀出晶界，且会随温度升高，晶粒长大，容易产生“双晶界”，即晶粒长大前的晶界还没来得平复，晶粒长大后的晶界已经热蚀出来，造成“双晶界”的假象，容易引起经验不足人员的误判。而且采用超高温激光共聚焦显微镜昂贵精密的设备，对于实验样品要求较高，制样时间和实验成本大大提高。

图6扫描电镜因瓦合金位错蚀坑腐蚀形貌图，从中可以看出，因瓦合金位错的分布状态。如果采用其他腐蚀晶界的腐蚀剂，仅可显示出奥氏体晶界，内部位错蚀坑不能够显现，这对于了解因瓦合金内部微观结构有了一定的局限性。对金属材料来说,位错密度对材料的韧性,强度等有影响。位错密度越大,材料强度越大。但往往金属位错的研究一般通过透射电镜才可以观察到，金相显微镜和扫描电镜观察到较少。透射电镜一般对于制样和操作者要求较高，如果通过简单腐蚀，通过普通金相显微镜和扫描电镜观察，势必将大大降低时间和材料成本。

图7中金相显微镜下因瓦合金晶界腐蚀形貌图。从图中可以同时显现出晶界和胞状亚结构。这比其他仅仅显示晶界可以多观察更多的信息，有助于研究者更好的研究。

实施例4：

依次将质量浓度为36％-38％的浓盐酸(10％质量比)、甘油(10％质量比)倒入水(质量比为35％)中，最后再将氯化铁(40％质量比)、氯化铜(5％质量比)放入上述溶液中，混合完毕后再进行充分搅拌2min，以保证氯化铁和氯化铜完全融化。配置腐蚀也过程中需要佩戴好护目镜及防护手套。配置好的腐蚀液静置7天以备腐蚀使用；取因瓦合金试样，以此经过400#、600#、1000#、1200#、1500#、2000#、2500#砂纸研磨，每次研磨要把上一道砂纸的磨痕磨掉再结束，研磨结束后，再进行粗抛光和精抛光，抛至试样表面无任何划痕(样品的粗糙度Ra＝0.63～0.01微米)，将抛光完成后的试样再次用酒精清洗、吹干，再用镜头纸或无尘布包好，以备腐蚀用；

将盛有腐蚀夜的烧杯至于其中，并将水浴温度调整至40℃-45℃；待温度达到后，开启超声波震荡仪的震荡功能，震荡频率为25HZ，将试样浸入腐蚀液中，侵蚀25S-45S,将试样取出用酒精快速清洗并吹干，采用光学显微镜观察因瓦合金胞状亚结构。

从图4中可以看出，有明显的氯化铁和氯化铜结晶覆盖表面，严重影响观察的效果。

本发明未尽事宜为公知技术。

Claims

1.一种因瓦合金腐蚀液的应用，其特征为：包括以下步骤：

1）将切割后的因瓦合金试样进行研磨，

2）再依次进行粗抛和精抛；得到的样品的粗糙度Ra=0.01～0.63微米；

3）容器内加入制备后放置1-10天的因瓦合金腐蚀液，40℃-45℃恒温水浴下超声震荡10~15s后，保持超声震荡状态，将试样浸没入所述的因瓦合金腐蚀液中25~70s；所述的震荡频率为10~25Hz；

4）腐蚀结束后，去除，清洗，完成腐蚀；

其中，步骤1）中的研磨具体为用400#、600#、1000#、1200#、1500#、2000#、2500#水砂纸顺序打磨；

该因瓦合金腐蚀液的组成及重量百分比如下：

甘油:10%~20%、盐酸：10%~20%、氯化铁:20%~40%、氯化铜：5%~10%，其余为水；

因瓦合金腐蚀液的制备方法，包括如下步骤：

按照上述比例，将盐酸、甘油加入到水中，然后再加入氯化铁、氯化铜，搅拌2分钟，得到因瓦合金腐蚀液。

2.如权利要求1所述的因瓦合金腐蚀液的应用，其特征为：所述的因瓦合金腐蚀液的组成为甘油:10%、盐酸：10%、氯化铁: 40%、氯化铜：5%，其余为水。

3.如权利要求1所述的因瓦合金腐蚀液的应用，其特征为：所述的盐酸为浓盐酸，质量浓度为36%-38%。

4.如权利要求1所述的因瓦合金腐蚀液的应用，其特征为：步骤2）中还包括如下步骤：将抛光完成后的试样再次用酒精清洗、吹干。