實驗材料：

10×10×8㎜的4Cr13不銹鋼試樣塊，4Cr13是高硬度及高耐磨性的一種不銹鋼材料，該鋼抗氧化性好，在200℃以下性能穩定，加熱不會發生回火現象。

實驗目的：

將試樣塊表面用240#、400#、600#、800#、1200#、1500#、2000#砂紙研磨，再用毛呢拋光布進行拋光，直到表面光亮如鏡且細小的劃痕都被拋光為止。

實驗設備：

沈陽科晶自動化設備有限公司制造的UNIPOL-802自動研磨拋光機、MTI-3040加熱平臺實驗所用設備如圖1所示：

UNIPOL-802自動研磨拋光機                  MTI-3040加熱平臺

圖1 實驗所用設備圖

實驗設備選用原因：

MTI-3040加熱平臺采用整體鑄造，單片機作為核心控制部件，加熱板作為加熱體，適用溫度：≤200℃；控溫精度：±1℃；加熱板尺寸：373mm×273mm；結構簡單，操作方便，安全可靠，尤為適用于對溫度敏感材料（如晶體、半導體、陶瓷等）的加熱。

UNIPOL-802自動精密研磨拋光機是用于晶體、陶瓷、金屬、玻璃、巖樣、礦樣等材料的研磨拋光制樣。本機設置了Ø203mm的研磨拋光盤和兩個加工工位，可用于研磨拋光≤Ø80mm的平面。若配置適當的附件，可批量生產高質量的平面磨拋產品，主軸旋轉采用無級調速控制方式，并設有數顯表實時顯示轉數，配有定時器，可準確控制工作時間（0-300h之間），可選配自動滴料器或循環泵，使磨拋更加方便快捷，磨拋盤轉速：0-250rpm，支撐臂擺動次數：0-9次/分，磨拋盤：Ø203mm，載物盤：Ø80mm。

實驗耗材：

沈陽科晶自動化有限公司銷售的帶背膠水砂紙、毛呢拋光墊、金剛石拋光膏、石蠟棒，實驗中所用耗材如圖2所示：

 水磨砂紙         黑色呢子拋光墊        金剛石研磨膏          石蠟

圖2 實驗所用耗材圖

實驗過程：

將UNIPOL-802自動精密研磨拋光機專用載樣塊與試樣塊一同放到MTI-3040加熱平臺上進行預熱，當加熱平臺的溫度達到石蠟融化溫度后，將石蠟在加熱平臺上融化少許，用試樣蘸取少量的石蠟放置到載樣塊上將要固定樣品的位置，將固定有樣品的載樣塊從加熱平臺上取下，放置于平臺上進行空冷，直到樣品溫度冷卻到室溫為止。4Cr13不銹-鋼在200℃以下性能穩定不會發生硬度和組織的轉變，在200～300℃會發生回火現象，石蠟的熔化溫度在80℃左右，而加熱平臺的加熱溫度不會超過200℃，因此可以將樣品直接放置到加熱平臺上進行預熱，當溫度在80℃以上少許時就可以將試樣進行固定了。在加熱平臺上進行預熱的試樣和載樣塊如圖3所示；固定好的試樣如圖4所示；在進行樣品固定時應注意，樣品在載樣塊上應對稱固定以保證樣品在研磨過程中載樣塊不會晃動，樣品不會被磨偏。用載樣塊研磨樣品時如果直徑較大的樣品最少可以研磨一個，如果較小的樣品最少應將三個試樣一起進行研磨以保證載樣塊的平衡。

圖3 在加熱平臺上進行預熱的樣品和載樣塊       圖4 固定好的樣品圖

將固定好樣品的載樣塊放到研磨拋光機的研磨盤上，載樣塊外套修盤環，修盤環的主要作用是使砂紙上的研磨顆粒變得鋒利同時促進載樣塊在研磨盤上的轉動。調整好機械擺臂的位置在修盤環的中線處，擺臂向研磨盤外擺動的范圍在離研磨盤大概6㎜的位置。開動研磨拋光機將轉速調整到45r/min左右，研磨過程中用水對樣品進行冷卻。研磨過程中樣品的狀態如圖5所示；由于觀察時對樣品表面的光亮度要求較高，因此研磨時將樣品從240#砂紙一直研磨至2000#砂紙，各號砂紙研磨的時間為240#砂紙研磨45min、400#砂紙研磨15min、600#砂紙研磨10min、800#砂紙研磨8min、1200#砂紙研磨5min、1500#砂紙研磨3min、2000#砂紙研磨3min。由以上可見首號砂紙研磨時間最長，這是因為首號砂紙研磨時需要將載樣塊上的四個樣品研磨至水平高度相同的位置，而且要保證每個樣品表面都要*被磨削到為止再換用下一號砂紙對樣品進行研磨。隨著所用砂紙顆粒度不斷變小，樣品表面的被磨削層越來越淺，樣品的表面狀態越來越好，每一號砂紙研磨的時間逐漸縮短。2000#砂紙研磨完后樣品表面變得光亮且摻雜著劃痕，若要得到*光亮的表面，就要對樣品進行進一步的拋光操作了。

圖5 樣品的研磨狀態圖

在進行拋光操作時根據經驗一般較硬的金屬用毛呢拋光墊進行拋光，此實驗中拋光劑選用顆粒度為W3的金剛石拋光膏對樣品進行拋光。金屬樣品拋光時要注意不能拋光不達標也不能過拋。拋光不達標樣品表面還會留有少量劃痕，樣品表面光亮程度也達不到要求。金屬樣品過拋會使金屬表面較軟的相被拖拽出來或使金屬表面產生較大的浮凸，給樣品后期的分析與觀察帶來很大的干擾。因此，保證樣品表面得到良好的拋光狀態至關重要。為得到良好的金相試樣拋光面應在拋光過程中每隔三分鐘對樣品表面進行一次觀察，當觀察到樣品表面達到拋光要求后終止對樣品的拋光操作，然后將樣品表面清洗干凈用電吹風吹干，放到4XC-PC倒置金相顯微鏡下進行觀察，若金相顯微鏡整個視野內都無劃痕存在且樣品表面光亮形貌清楚，則說明拋光達到要求。若樣品表面在顯微鏡下仍可看到細小劃痕則說明拋光還未達標，還應繼續對樣品進行拋光，直到樣品表面*被拋光為止。拋光過程中拋光機的轉速比研磨時拋光機的轉速要高的多，本實驗中對樣品拋光所使用的轉速為180r/min。拋光后的樣品用清水沖洗干凈再用酒精進行清洗然后吹干，拋光后的樣品如圖6所示；

圖6 拋光后的樣品表面狀態圖

由圖6可見，拋光后的樣品表面光亮如鏡，可以清楚的反射出周圍物體的影像，肉眼觀察樣品表面無細小劃痕存在。

用3D激光共聚焦顯微鏡對樣品表面進行觀察，在黑白視場下對樣品放大169倍觀察樣品表面形貌如圖7所示，圖7（a）中樣品表面平整清晰無劃痕存在，圖7（b）整個表面同樣平整清晰無劃痕存在，但圖片左下角有少許深色斑點存在，這是由于樣品表面存在污點或樣品中存在夾雜物的原因。兩組樣品表面平整清晰無劃痕，說明用UNIPOL-802自動精密研磨拋光機研磨拋光后的樣品表面平整無磨偏的現象產生，這是手動研磨拋光無法達到的，也說明自動研磨拋光機研磨拋光后的樣品表面狀態好，適合樣品在高倍數顯微鏡下進行觀察與分析。

圖7 激光共聚焦顯微鏡下樣品表面二維形貌圖

用3D激光共聚焦顯微鏡對樣品表面進行3維觀察并分析，結果如圖8所示，可見樣品表面存在一定起伏，說明樣品表面存在一定粗糙度。樣品表面粗糙度的大小與樣品的研磨拋光有一定關系，同時與材料本身也有一定關系，一般樣品表面軟硬摻雜的相越多即使研磨拋光的狀態很好粗糙度也會比單一相的樣品表面粗糙度大。如果知道樣品自身材質的物理化學性質就可以通過精細的研磨拋光來適當減小樣品表面的粗糙度。

圖8 激光共聚焦顯微鏡下樣品的3D圖

表一 樣品表面粗糙度表征

由表一可見通過3D激光共聚焦顯微鏡對樣品表面粗糙度進行分析得出樣品表面粗糙度平均值不超過3μm，這樣大的粗糙度在光學顯微鏡下幾乎觀察不到任何劃痕，樣品放大的倍數越大觀察到樣品的范圍越小劃痕存在的可能性就更小。通過以上分析可以證明用UNIPOL-802自動精密研磨拋光機研磨拋光后的4Cr13不銹鋼樣品表面狀態優秀，無磨偏和劃痕產生，說明樣品在進行精細分析時十分適合用自動研磨拋光機對樣品進行處理。