随着科技的进步，各种金属在不同行业中的应用越来越多元化，金相材料科学分析(简称金相)也愈来越重要，如何有效提升产品品质、降低制程成本，好的金相研究是一大助力
本篇我们将带大家展开来讲讲如何完整的执行金相研究流程与一些注意事项，其中好的金相研究，研磨与抛光是当重要的步骤喔！
重点一：我们所熟知的金相流程为「切割」>「镶埋」>「研磨」>「抛光」>「蚀刻」>「检测」是一个完整的流程。
重点二：视研究需求而定，有部分仅到抛光即结束。
目录
什么是金相分析?
研究金属及其合金的显微结构和性能之间的关系。透过对金属或合金进行显微分析，金相研究可以揭示材料的晶粒结构、相组成、晶界、缺陷（如空洞、夹杂物）等微观特征。
「相」是合金中的均匀部分，具有相同的化学成分、结构和原子排列方式，不同的相之间由清晰的界面分隔。合金的整体性能由构成其各相的结构特性及其相互组合的方式所决定。合金中的相结构主要分为两大类型：固溶体和化合物。固溶体是合金元素原子溶解在基体金属晶格中的结果，而化合物是不同元素以固定比例形成的结晶结构。金相则指金属或合金中的相结构，透过金相研究，可以分析材料的显微结构，进而推测其性能和加工历史。
制作金相的流程
1.取样:在整体材料中选取一个具有代表性的区域，确保所取的试样能反映材料的真实特征。取样区域应避免受到加工、热处理或使用过程中的不均匀影响。使用切割机对材料进行切割，常用的方法包括机械切割和线切割。切割时需避免过热或施加过大压力，以防止材料表面产生热影响区，这可能会导致晶粒变形或结构改变。
2.镶埋:主要用来固定和保护试样，尤其是形状不规则或较小的试样。镶嵌过程中，试样通常会被嵌入到热固性或冷固性树脂中，这样可以提供稳定的支撑，方便后续的打磨和抛光操作，同时避免试样边缘在加工过程中受到损坏。镶嵌还能使试样更容易夹持，确保制样过程的稳定性，进而提升显微结构观察的精确度和一致性。
3.研磨:研磨是金相研究中很重要的一个步骤，主要目的是对试样表面进行初步的平整化，以去除粗糙的切割痕迹和不均匀性。
这一过程通常使用不同粒度的磨料，如研磨垫或研磨膏。
选择合适的粒度，逐步从较粗的磨料开始，再过渡到较细的磨料，直到试样平面仅出现单一方向划痕。
研磨过程中，需注意保持适当的研磨压力和均匀的研磨时间，以避免试样表面过热或变形。
研磨盘上的花纹设计不只是美观设计，更是为了让研磨液与研磨时产生的碎屑能更好排除的设计。研磨盘不只磨料影响式样去除率，花纹设计也是另一重点影响着试样表面的移除率，想快速磨削或慢速打磨都有不同的花纹选择。
4.抛光:金相抛光也是金相制样过程中重要的步骤！旨在通过去除试样表面的微小不规则性和磨痕，以获得光滑平整的镜面效果。
这一过程通常从粗抛光开始常用于呢绒垫、粗帆布垫；中抛光则常用植绒垫、超纤抛光垫等；逐步到精密抛光使用金丝绒垫、聚氨酯垫进行抛光；最后使用短纤维绒垫、蚕丝垫等进行镜面抛光，以达到高光泽度。
小提醒：抛光时，需选用适当的抛光液及抛光垫，以促进磨料的均匀分布和磨削效果。如果有发现在抛光步骤无法去除的划痕，建议退回前一道步骤抑或是改用其他配方测试研磨。
5.腐蚀:将已打磨和抛光的试样浸泡在特定的腐蚀剂中，腐蚀剂会选择性地攻击不同的相或晶界，从而显露其微观结构。常见的腐蚀剂包括酸性或碱性溶液，具体选择依赖于试样成分和预期结构。
腐蚀时间的控制至关重要，过长或过短都会影响观察结果！成功的金相腐蚀能清晰显示晶粒边界和相分布
注意：但并非所有样本都需进行腐蚀，因为它可能显示不必要的特征，增加观察困难，例如在含石墨的铸铁试样中可能产生花斑。因此，应根据材料特性慎重决定是否进行腐蚀。
金相样品的标准
1.试样必须具有代表性： 试样的取样位置需要能代表整个材料的特性。这样才能确保显微观察结果能反映材料的整体性质，而不是局限于某个特定区域的局部特征。
2.所有结构元素都必须保留： 在试样制备过程中，材料的所有微观结构元素（如晶粒、相、夹杂物等）都需要被保留下来，不得因为制备过程如切割、打磨、抛光等操作而改变其原本的形态或分布。
3.试样表面必须无刮痕也无变形： 试样在检测时需要处理到表面光滑无瑕疵，应避免打磨和抛光时留下刮痕或由于热处理等操作造成的塑性变形，这些瑕疵可能会干扰显微结构的观察，使观察结果失真。
4.试样表面不应有外来物质： 试样表面不得有油脂、灰尘、腐蚀产物或其他污染物，因为这些外来物质可能会掩盖或误导显微观察，从而影响分析结果。
5.试样表面必须平整且呈镜面： 抛光后的试样表面应该非常平整且光滑，达到镜面效果。这样可以在显微镜下清晰地观察到金属的微观结构，没有表面粗糙度或不平整的干扰。
金相研究的应用
1.材料开发：透过研究金属材料的显微结构，帮助开发出性能更优的金属合金。
2.失效分析：透过对失效金属零件的显微分析，可以找到材料失效的原因，如疲劳、断裂、腐蚀等。
3.品质控制：在工业生产中，金相研究用于监控金属制品的质量，确保其微观结构符合设计要求。
金相分析在各行业的应用
制造业：在金属加工和生产中，金相分析用于检查金属材料的结构、晶粒大小、相分布等，以保证材料在机械应用中的强度和耐久性。
汽车与航太:检查引擎零件、齿轮等机械组件的热处理效果，确保这些关键部件在高压和高温环境下的可靠性和耐用性。并检测材料中的微裂纹或缺陷，避免因金属疲劳而导致的结构失效。
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。
电子与半导体:在电子元件的制造中，金相技术可检查焊点和导电材料的质量，确保它们在微小尺度下的性能稳定性。
建筑与土木工程:在钢筋混凝土结构的建设中，金相分析可检测钢筋的质量，确保结构稳定性和安全性，及用于分析桥梁或建筑物中金属构件的腐蚀情况，评估其寿命和安全风险。
推荐的抛光工具
奈米金刚石抛光液 / 研磨液 / 悬浮液>>>拋光液
- 较适合：机械操作
- 状态：液体状(油性/水性/醇类)
- 抛光时可以搭配双面研磨机、化学机械抛光(CMP)、金相研磨使用
- ※因磨料为游离状态可对物件大范围进行抛光
- ※如果工件表面还很粗糙可以选择粒径较大的抛光液使用
氧化铝(铈)抛光液 / 研磨液 / 悬浮液>>>拋光液
- 较适合：机械操作
- 状态：液体状
- 适用范围:一般做为金刚石膏之后做使用
- ※在工件上会有修复抛痕的功用
- ※氧化铈建议搭配工具并以低速做使用
抛光垫 / 研磨垫 >>>> 金相耗材
- 材質：
- 含磨料：氧化铈抛光垫、金刚石树脂研磨盘、电镀金刚石研磨盘
- 不含磨料：蚕丝、牛皮、聚氨脂(黑色绒布)、编织、绒毛、多孔、硬布、软布等
实验文章
铜抛光 >>> 金属抛光材质-CU铜介绍
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结论
金相制样是一个关键的制程，通过适当的取样、嵌样、研磨、抛光和腐蚀，了解金相取样的标准，可以使金属材料的显微结构清晰呈现，从而进行精确的分析与评估。成功的金相制样能有效避免样品变形或污染，确保材料性能的真实反映。了解金相研究能帮助各行各业的应用，为材料科学的研究和发展提供可量化的数值从而提高制程效率降低制程成本，不可忽视。
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