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2023-06-19
应用案例 | 铝合金结构件的金相制备
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2023年5月28日，全球首架国产大飞机C919执飞的东航MU9191航班，由上海飞抵北京。C919作为我国首次按照国际通行适航标准自行研制、具有自主知识产权的喷气式干线客机，当中国商飞公司的C919首次起飞时，这标志着中国成为了第四个拥有自己制造大型客机的国家。
含微量Sc的Al-Mg系合金具有密度低、强度高且损伤容限性优良等特点，其抗拉强度（UTS）比5083合金的高30%以上，而其屈服强度则比5083合金的大一倍以上，焊缝抗拉强度也比5083的大25%左右，但其伸长率则比5083合金低4%左右，被认为是新一代飞机较为理想的结构材料。
C919大型客机前机身大部段首次选用铝锂合金、铝镁钪合金等新材料。这些新材料的结构件用于连接飞机的各个部分，确保了飞机的安全性和可靠性。金相分析可以检测材料的组织结构、晶粒大小、晶界、夹杂物等，从而判断材料的性能和质量。下面以铝钪合金为例，介绍铝合金结构件的金相制备过程。
一、抛光
研磨结束后，使用9微米的多晶金刚石悬浮液搭配硬编织抛光布来去除试样划痕。如UltraPad硬织布抛光布，具有更高的材料去除率，并有助于提高试样的平整度。MetaDi多晶金刚石悬浮液中的多晶金刚石具有更多的切割面，可更快地去除损伤变形及划痕，获得更好的表面质量。
对于铝合金，需增加3微米的抛光步骤，再进行终抛。终抛推荐使用0.02um MasterMet2氧化硅抛光液与H₂O₂溶液混合，在ChemoMet柔软多孔的耐化学腐蚀合成布上进行抛光，推荐比例为5份胶体二氧化硅与1份H₂O₂溶液混合。
二、镶嵌
铝和铝合金一般选用几乎没有收缩且抗化学腐蚀的镶嵌树脂。无论使用热压镶嵌还是冷镶嵌，优先选择环氧树脂。
热压镶嵌时建议使用硬度高且充满矿物的环氧树脂，如EpoMet，其收缩非常小甚至没有，且可抵抗腐蚀剂的化学侵蚀。
如果需要检测表面镀层或者氧化层，优先采用低放热的冷镶环氧树脂，如EpoxiCure 2。EpoxiCure 2耐化学性，能够很好地粘附在试样边缘，收缩率低，具有很好的保边性。
在镶嵌之前，需确保样品表面干净以及干燥，使样品与树脂能更好地结合，避免镶嵌后样品和树脂间产生缝隙。缝隙在磨抛过程中会嵌入污染物引入划痕。
三、研磨
表面的切割损伤层需使用碳化硅(SiC) 砂纸搭配合适的压力进行粗磨。碳化硅非常坚硬，含有尖锐的磨料颗粒，可以在研磨过程中随着磨盘转动产生新的切屑刃，能更好的提高材料的去除率。
每张砂纸只能使用1-2分钟，用损耗的SiC砂纸可能会造成表面损伤。如果切割质量良好，可以使用P400的SiC砂纸进行初始研磨。
由于研磨过程会产生大量的热，所以在研磨过程中需保证充分的水冷却。
四、抛光
研磨结束后，使用9微米的多晶金刚石悬浮液搭配硬编织抛光布来去除试样划痕。如UltraPad硬织布抛光布，具有更高的材料去除率，并有助于提高试样的平整度。MetaDi多晶金刚石悬浮液中的多晶金刚石具有更多的切割面，可更快地去除损伤变形及划痕，获得更好的表面质量。
对于铝合金，需增加3微米的抛光步骤，再进行终抛。终抛推荐使用0.02um MasterMet2氧化硅抛光液与H₂O₂溶液混合，在ChemoMet柔软多孔的耐化学腐蚀合成布上进行抛光，推荐比例为5份胶体二氧化硅与1份H₂O₂溶液混合。
制备方案
相关设备
标乐Buehler 热压镶嵌机 SimpliMet 4000 EcoMet™ 30 单&双盘自动磨抛机
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