實驗材料：經(jīng)過微弧氧化的TC4鈦合金

TC4鈦合金具有優(yōu)良的耐蝕性、小的密度、高的比強度及較好的韌性和焊接性等一系列優(yōu)點，在航空航天、石油化工、造船、汽車，醫(yī)藥等部門都得到成功的應(yīng)用。經(jīng)過微弧氧化的TC4鈦合金表面硬度明顯提高，顯微硬度在1000至2000HV，可達3000HV，可與硬質(zhì)合金相媲美，大大超過熱處理后的高碳鋼、高合金鋼和高速工具鋼的硬度；表面具有良好的耐磨損性能、耐熱性及抗腐蝕性。這從根本上克服了鈦合金材料在應(yīng)用中的缺點；從基體原位生長陶瓷膜，結(jié)合牢固，陶瓷膜致密均勻，因此使TC4鈦合金表面的綜合性能得到明顯的提高。

從圖1可見，三組試樣尺寸相對較小，樣品表面的氧化層清晰可見，且十分薄。

磨拋尺寸為2㎜、1㎜的最窄的側(cè)面，磨拋之后用掃描電子顯微鏡觀察截面邊緣氧化層中相的形貌，并測量氧化層所含元素。

若用傳統(tǒng)的手工研磨方法研磨這種很薄的需要看邊緣的金屬，在磨削過程中由于手工研磨的力度不能均勻控制，且容易將試樣的邊緣倒棱，因此很難得到一個平整的表面，這樣在觀察過程中，很難觀察到邊緣的形貌，因此手工研磨成材率很低。相比于手工研磨，用沈陽科晶自動化設(shè)備有限公司制造的UNIPOL-802自動研磨拋光機來研磨上訴樣品，由于載樣塊的大小有所不同，因此一次可以研磨的樣品的個數(shù)有所不同，但是一次都可以研磨多個樣品，且研磨后的樣品表面平整，都在同一水平面內(nèi)，由于整個研磨過程中樣品旋轉(zhuǎn)的速度及對樣品所施加的壓力恒定不變，因此樣品研磨后邊緣不會被倒棱且不會使表面出現(xiàn)弧度。

實驗設(shè)備：

沈陽科晶自動化設(shè)備有限公司制造的UNIPOL-802自動研磨拋光機、MTI-3040加熱平臺及由沈陽科晶自動化設(shè)備有限公司銷售的4XC-PC倒置金相顯微鏡，實驗所用設(shè)備如圖2所示：

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、紅色金絲絨拋光墊、金剛石拋光劑、二氧化硅懸浮拋光液、石蠟棒、酒精，實驗中所用耗材如圖3所示：

實驗過程：

將樣品和載樣塊放在加熱平臺上進行預(yù)熱，待加熱平臺的溫度升高到可以使石蠟融化后，將石蠟涂于載樣塊貼樣品的位置，將樣品按序號排列好依次放在載樣塊的位置。由于單個試樣與載樣塊的接觸面積較小，在載樣塊上不能黏貼牢固，因此在兩個試樣接觸的面上也涂上石蠟，使多個試樣粘貼在一起行成一個較大的試樣，增大試樣與載樣塊的接觸面積，使試樣在磨削過程中不會脫落。粘貼好的試樣如圖4所示：

圖4 經(jīng)加熱平臺加熱后粘貼的樣品圖

注意：樣品粘貼時由于幾個樣品粘貼成一個樣品，因此粘貼在載樣塊上時應(yīng)盡量粘貼在載樣塊位置，防止樣品被磨偏。

將粘貼好的樣品放置于UNIPOL-802自動研磨機的研磨盤上，載樣塊套上修盤環(huán)，在載樣塊上加0.5kg的負重，與載樣塊合重0.8kg。研磨盤上粘貼400#砂紙，定時2h，水滴速度3-4秒滴一滴。當(dāng)研磨2h之后試樣表面被磨平，裸露出銀白色的金屬基體面。用400#砂紙研磨2h后的樣品的表面形貌如圖5所示：

圖5 用400#砂紙研磨2h后的樣品圖

當(dāng)樣品表面的氧化層被磨掉且各個樣品被磨平在一個水平面后，換用600#砂紙對樣品表面進行研磨，定時研磨5min，使樣品表面由于400#砂紙研磨的產(chǎn)生的劃痕被碾平一些，使劃痕印記變淺。研磨5min后金屬表面亮度有所增加。用600#砂紙研磨5min后的樣品如圖6所示：

圖6 用600#砂紙研磨5min后的樣品圖

接下來用800#砂紙對樣品表面進行研磨3min，用1500#砂紙再研磨3min后，樣品表面隨著所用砂紙越來越細，樣品表面的銀白金屬色越明顯。800#和1500#砂紙研磨完的樣品如圖7所示：

圖7 800#、1500#砂紙分別研磨3min后的樣品圖

樣品研磨完后對樣品進行拋光，拋光墊選用黑色呢子拋光墊，拋光液選用W0.25和W3的金剛石噴霧加少量50μm的二氧化硅懸浮拋光液。在此加入二氧化硅是因為少量的二氧化硅可以在表面產(chǎn)生水合過程將不溶于水的二氧化硅轉(zhuǎn)化成易溶于水的原硅酸（Si(OH)4），原硅酸不穩(wěn)定容易分解成為硅酸（H2SiO3），硅酸與樣品表面的金屬相作用生成硅酸鹽，加速了金屬表面的拋光速度。用W0.25的金剛石拋光劑加少量的二氧化硅懸浮拋光液對樣品拋光5min后，用肉眼可以觀察到樣品表面已經(jīng)變亮，但是仍有許多細小的劃痕存在，用顯微鏡對樣品的表面進行觀察可以看到，樣品表面大部分是黃色的光亮區(qū)域，但是表面的劃痕仍然清晰可見，因此應(yīng)繼續(xù)對樣品表面進行拋光，拋光5min后的樣品表面如圖8所示：

（a）肉眼觀察到的樣品形貌 （b）光學(xué)顯微鏡下樣品的表面形貌

圖8 拋光5min后的樣品的表面形貌

繼續(xù)對樣品表面用同樣的拋光劑再拋光5min后可見，樣品表面更光亮，可以清晰映出外部物體形貌。在光學(xué)顯微鏡下觀察到，小劃痕已經(jīng)不清晰了，但是較大的劃痕印記還很清晰。而且樣品表面開始出現(xiàn)了一些微小的小坑。劃痕還很清晰說明所用的拋光劑粒度太小，應(yīng)換用型號較大的拋光劑，因此我們換用W3的金剛石拋光劑加50μm的二氧化硅懸浮拋光液對樣品拋光。出現(xiàn)小坑說明所選拋光墊過硬，應(yīng)換用更軟的拋光墊進行拋光，這里我們換用金絲絨拋光墊再對樣品進行拋光。拋光10min后的表面形貌如圖9所示：

（a）肉眼觀察到的樣品形貌 （b）光學(xué)顯微鏡下樣品的表面形貌

圖9 拋光10min后的樣品的表面形貌

用W3的金剛石拋光劑加50μm的二氧化硅懸浮拋光液噴在紅色金絲絨拋光墊上對樣品再拋光5min后先用肉眼觀察樣品可見，樣品表面光亮度有了很大程度的提高。用顯微鏡對樣品進行觀察可見，樣品表面的劃痕已經(jīng)不清晰了，微小的凹坑也變得微小了，說明換用的拋光劑和拋光墊適合樣品的拋光，因此可以用此組拋光劑和拋光墊繼續(xù)對樣品進行拋光。拋光15min后的樣品的表面形貌如圖10 所示：

（a）肉眼觀察到的樣品形貌 （b）光學(xué)顯微鏡下樣品的表面形貌

圖10 拋光15min后的樣品的表面形貌

再對樣品拋光5min后用顯微鏡觀察到樣品表面全部變得光亮了，劃痕的痕跡也已經(jīng)看不見，說明樣品已經(jīng)*被拋光。對單個樣品的邊緣用金相顯微鏡進行觀察可見，邊緣的氧化層形貌清洗，且被拋光的十分光亮，說明樣品邊緣的膜層與樣品的基體在同一水平面內(nèi)，說明自動研磨拋光機研磨的樣品水平度高，能很好的保持樣品邊緣的完整性，此次研磨拋光已達到要求。拋光20min后的樣品的形貌如圖11所示：

（a）光學(xué)顯微鏡下拋光后樣品的表面形貌 （b）光學(xué)顯微鏡下樣品邊緣的形貌

圖11 拋光20min后的樣品的表面形貌

結(jié)論：

TC4樣品在進行拋光時，當(dāng)對樣品施加的重量為0.8kg，拋光劑選用W3的金剛石拋光劑加少許50μm的二氧化硅懸浮拋光液，拋光墊選用金絲絨拋光墊時，拋光時間應(yīng)在20min以內(nèi)。