典型材料金相制样案例分享之CuCr合金的制备

弗尔德仪器

2023/08/15 10:09

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关于CuCr合金

CuCr合金广泛应用于现代电子技术和电工领域，是要求高导电性、高强度的集成电路引线框、各种电极、电触头、高强度导线等电器零件的理想材料, 在真空断路器触头领域中更是占据主导地位。

CuCr合金中各组元以独立、均匀的金属相存在，保持了Cu、Cr各自的优异性能。如Cu具有较低的熔点、高传导性及良好的塑性，有利于于提高在真空中开断能力；而Cr具有较高熔点、机械强度和截流值，确保具有良好的耐压、抗烧蚀、抗熔焊和低截流之特性。CuCr合金的显微结构，比如晶粒度、成分均匀化及孔隙率均会影响其电气性能。因此，该类合金的金相检测是工艺优化和质量控制中的重要环节，如何制备出能反映材料真实显微组织的金相样品至关重要。

制备背景

在本案例中，客户采用自己的耗材和方法制备CuCr样品（孔隙率低于10%）时，遇到了下列问题：

1. 制备后的孔隙百分比与预期值不符；

2. Cr相呈团块状，边缘模糊；

3. Cr和Cu相的百分比与理论计算不一致。

客户经过内部制备流程优化后得到的制样效果有所提升，但离理想的制备效果还是有一定差异，导致无法准确测量各相占比及孔隙率。

QATM制备思路及流程

收到客户的样品后，考虑到材料存在一定的孔隙，QATM应用工程师采用环氧树脂KEM90+真空浸渍的方式进行了冷镶嵌（模具为40mm）。样品固化后的磨抛在Qpol 250A1-ECO自动磨抛机上进行研磨抛光，该设备在单点力模式下可同时制备1~6个Ø40mm的样品。

由于样品材料的硬度不高，研磨阶段采用自粘SiC砂纸，分别用P320砂纸进行磨平和P1200砂纸进行精磨；为确保有效的材料去除及降低因砂纸磨料颗粒变钝而带来的材料变形，砂纸的使用时间均控制在1分钟以内。中间抛光选用中等硬度丝织抛光布GAMMA和3微米多晶金刚石悬浮液搭配水基黄色润滑剂确保了充分的磨削力、平整性和冷却；此外，为避免较软的Cu相转移到孔隙中，致使检验结果显示孔隙很少的情况，中间抛光步骤的时间被适当延长，以便“打开”孔隙。精抛步骤在短绒、柔软的ZETA抛光布上进行，搭配1微米金刚石悬浮液及润滑剂，进一步去除样品表面的划痕。

CuCr合金制备参数示例

1微米抛光后的制样效果如下，Cu相和Cr相界面清晰，且孔隙形状、分布正常。

1 μm 抛光后的显微组织– 100 x

1 μm 抛光后的显微组织– 200 x

上述制备表面可基本满足相分布和孔隙率测量的需要。如需进一步去除试样表面微小的变形和划痕而获得更佳的制样效果，可使用Qpol Vibro振动抛光机对精抛试样进行振动抛光：采用短绒、柔软的合成布IOTA + Eposil F 0.1um氧化物抛光液的组合，以90Hz的频率全自动振动抛光约120分钟后 (Qpol Vibro振动抛光机独有的“Surface-Guard”功能可降低磨料结晶和试样表面腐蚀机率，真正实现无人值守)，试样制备效果可得到进一步提升，可满足更高阶的分析手段比如EBSD分析或纳米压痕测试的制样要求。

振动抛光制备参数示例

振动抛光后的显微组织– 200 x

本案例中使用的设备

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