隨著科技的進步，各種金屬在不同行業中的應用越來越多元化，金相材料科學分析(簡稱金相)也愈來越重要，如何有效提升產品品質、降低製程成本，好的金相研究是一大助力
本篇我們將帶大家展開來講講如何完整的執行金相研究流程與一些注意事項，其中好的金相研究，研磨與拋光是當重要的步驟喔！
重點一：我們所熟知的金相流程為「切割」>「鑲埋」>「研磨」>「拋光」>「蝕刻」>「檢測」是一個完整的流程。
重點二：視研究需求而定，有部分僅到拋光即結束。
目錄
甚麼是金相分析?
研究金屬及其合金的顯微結構和性能之間的關係。透過對金屬或合金進行顯微分析，金相研究可以揭示材料的晶粒結構、相組成、晶界、缺陷（如空洞、夾雜物）等微觀特徵。
「相」是合金中的均勻部分，具有相同的化學成分、結構和原子排列方式，不同的相之間由清晰的界面分隔。合金的整體性能由構成其各相的結構特性及其相互組合的方式所決定。合金中的相結構主要分為兩大類型：固溶體和化合物。固溶體是合金元素原子溶解在基體金屬晶格中的結果，而化合物是不同元素以固定比例形成的結晶結構。金相則指金屬或合金中的相結構，透過金相研究，可以分析材料的顯微結構，進而推測其性能和加工歷史。
製作金相的流程
1.取樣:在整體材料中選取一個具有代表性的區域，確保所取的試樣能反映材料的真實特徵。取樣區域應避免受到加工、熱處理或使用過程中的不均勻影響。使用切割機對材料進行切割，常用的方法包括機械切割和線切割。切割時需避免過熱或施加過大壓力，以防止材料表面產生熱影響區，這可能會導致晶粒變形或結構改變。
2.鑲埋:主要用來固定和保護試樣，尤其是形狀不規則或較小的試樣。鑲嵌過程中，試樣通常會被嵌入到熱固性或冷固性樹脂中，這樣可以提供穩定的支撐，方便後續的打磨和拋光操作，同時避免試樣邊緣在加工過程中受到損壞。鑲嵌還能使試樣更容易夾持，確保製樣過程的穩定性，進而提升顯微結構觀察的精確度和一致性。
3.研磨:研磨是金相研究中很重要的一個步驟，主要目的是對試樣表面進行初步的平整化，以去除粗糙的切割痕跡和不均勻性。
這一過程通常使用不同粒度的磨料，如研磨墊或研磨膏。
選擇合適的粒度，逐步從較粗的磨料開始，再過渡到較細的磨料，直到試樣平面僅出現單一方向劃痕。
研磨過程中，需注意保持適當的研磨壓力和均勻的研磨時間，以避免試樣表面過熱或變形。
研磨盤上的花紋設計不只是美觀設計，更是為了讓研磨液與研磨時產生的碎屑能更好排除的設計。研磨盤不只磨料影響式樣去除率，花紋設計也是另一重點影響著試樣表面的移除率，想快速磨削或慢速打磨都有不同的花紋選擇。
4.拋光:金相拋光也是金相製樣過程中重要的步驟！旨在通過去除試樣表面的微小不規則性和磨痕，以獲得光滑平整的鏡面效果。
這一過程通常從粗拋光開始常用於呢絨墊、粗帆布墊；中拋光則常用植絨墊、超纖拋光墊等；逐步到精密拋光使用金絲絨墊、聚氨酯墊進行拋光；最後使用短纖維絨墊、蠶絲墊等進行鏡面拋光，以達到高光澤度。
小提醒：拋光時，需選用適當的拋光液及拋光墊，以促進磨料的均勻分佈和磨削效果。如果有發現在拋光步驟無法去除的劃痕，建議退回前一道步驟抑或是改用其他配方測試研磨。
5.腐蝕:將已打磨和拋光的試樣浸泡在特定的腐蝕劑中，腐蝕劑會選擇性地攻擊不同的相或晶界，從而顯露其微觀結構。常見的腐蝕劑包括酸性或鹼性溶液，具體選擇依賴於試樣成分和預期結構。
腐蝕時間的控制至關重要，過長或過短都會影響觀察結果！成功的金相腐蝕能清晰顯示晶粒邊界和相分佈
注意：但並非所有樣本都需進行腐蝕，因為它可能顯示不必要的特徵，增加觀察困難，例如在含石墨的鑄鐵試樣中可能產生花斑。因此，應根據材料特性慎重決定是否進行腐蝕。
金相樣品的標準
1.試樣必須具有代表性： 試樣的取樣位置需要能代表整個材料的特性。這樣才能確保顯微觀察結果能反映材料的整體性質，而不是局限於某個特定區域的局部特徵。
2.所有結構元素都必須保留： 在試樣製備過程中，材料的所有微觀結構元素（如晶粒、相、夾雜物等）都需要被保留下來，不得因為製備過程如切割、打磨、拋光等操作而改變其原本的形態或分佈。
3.試樣表面必須無刮痕也無變形： 試樣在檢測時需要處理到表面光滑無瑕疵，應避免打磨和抛光時留下刮痕或由於熱處理等操作造成的塑性變形，這些瑕疵可能會干擾顯微結構的觀察，使觀察結果失真。
4.試樣表面不應有外來物質： 試樣表面不得有油脂、灰塵、腐蝕產物或其他污染物，因為這些外來物質可能會掩蓋或誤導顯微觀察，從而影響分析結果。
5.試樣表面必須平整且呈鏡面： 拋光後的試樣表面應該非常平整且光滑，達到鏡面效果。這樣可以在顯微鏡下清晰地觀察到金屬的微觀結構，沒有表面粗糙度或不平整的干擾。
金相研究的應用
1.材料開發：透過研究金屬材料的顯微結構，幫助開發出性能更優的金屬合金。
2.失效分析：透過對失效金屬零件的顯微分析，可以找到材料失效的原因，如疲勞、斷裂、腐蝕等。
3.品質控制：在工業生產中，金相研究用於監控金屬製品的質量，確保其微觀結構符合設計要求。
金相分析在各行業的應用
製造業：在金屬加工和生產中，金相分析用於檢查金屬材料的結構、晶粒大小、相分佈等，以保證材料在機械應用中的強度和耐久性。
汽車與航太:檢查引擎零件、齒輪等機械組件的熱處理效果，確保這些關鍵部件在高壓和高溫環境下的可靠性和耐用性。並檢測材料中的微裂紋或缺陷，避免因金屬疲勞而導致的結構失效。
醫療器械:金相分析應用於醫療器械，如外科工具、植入物中的金屬材料檢查，確保其生物相容性和耐久性，特別是用於人體植入的部件。
電子與半導體:在電子元件的製造中，金相技術可檢查焊點和導電材料的質量，確保它們在微小尺度下的性能穩定性。
建築與土木工程:在鋼筋混凝土結構的建設中，金相分析可檢測鋼筋的質量，確保結構穩定性和安全性，及用於分析橋梁或建築物中金屬構件的腐蝕情況，評估其壽命和安全風險。
推薦的拋光工具
奈米鑽石拋光液 / 研磨液 / 懸浮液 >>>拋光液
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- 含磨料：氧化鈰拋光墊、鑽石樹脂研磨盤、電鍍鑽石研磨盤
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結論
金相製樣是一個關鍵的製程，通過適當的取樣、嵌樣、研磨、拋光和腐蝕，了解金相取樣的標準，可以使金屬材料的顯微結構清晰呈現，從而進行精確的分析與評估。成功的金相製樣能有效避免樣品變形或污染，確保材料性能的真實反映。了解金相研究能幫助各行各業的應用，為材料科學的研究和發展提供可量化的數值從而提高製程效率降低製程成本，不可忽視。
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