Zastosowanie replik węglowych do badań metalograficznych na mikroskopie elektronowym

25 M echanika 7 1960

F. Staub i J. A d a m c z y k

K ated ra M eta lo zn a w stw a

ZASTOSOW ANIE R E P L IK W ĘGLOW YCH DO BADAN M ETALOGRAFICZNYCH NA M IK RO SK O PIE ELEKTRONOW YM

STRESZCZENIE

O m ów iono w p ły w n iek tó ry ch c z y n n ik ó w n a jak ość i p rzyd atn ość rep lik w ę g lo ­ w y ch do badań m e ta lo g r a fic z n y c h na m ik ro sk o p ie elek tro n o w y m .

O pisano m eto d ę i o k reślon o o p ty m a ln e w a ru n k i o trzy m y w a n ia rep lik w ę g lo ­ w y ch z d w óch g a tu n k ó w sta li w ę g lo w y c h i d w ó ch sto p o w y ch za leż n ie od obróbki ciep ln ej. P od an o w y n ik i b ad ań i w n io sk i.

1. Wstęp

W yniki b ad ań m etalo graficzn y ch na m ikroskopie elektronow ym uza­

leżnione są przede w szystkim od sposobu przygotow ania p re p a ra tu — repliki, k tó ra w inna w iern ie oddaw ać w szystkie szczegóły pow ierzchni b a­

danej s tru k tu ry . Począw szy od 1940 r., kiedy M ehl po raz pierw szy użył m ikroskopu elektronow ego do b a d ań m etalo g raficzny ch w yko nu jąc z po­

w ierzchni zgładu przeźroczystą dla stru m ie n ia elektronów ' replikę, nie u sta ją w y siłk i n ad opracow aniem coraz to doskonalszych m etod p re p a ra ­ ty k i do celów m etalografii. D otąd opracow ano cały szereg m etod często różniących się znacznie m iędzy sobą zarów no sposobem przygotow ania ja k i o trzy m an y m efektem ,^

P rzy datn ość i doskonałość danej m etody o kreśla się w zależności od tego w jak im stopniu o trzy m an a rep lik a odpow iada staw ianym jej w y ­ m aganiom , przy czym jako k ry te ria w y su w a się:

a) zdolność i dokładność u jaw n ia n ia n aw et n ajdro bn iejszych szcze­

gółów s tr u k tu ry bez w prow adzenia dodatkow ych efektów w tó r­

nych,

b) am orficzność stosow anego na rep lik i m edium , bez w łasnej w e­

w n ę trz n e j stru k tu ry ,

c) zapew nienie podobieństw a obrazu s tru k tu ry obserw ow anego na m ikroskopie elek tro now y m i optycznym , co zapew nia ciągłość obserw hcji i u łatw ia in te rp re ta c ję,

32 F. Staub i J. Adam czyk

d) odporność rep lik i na działanie różnorodnych czynników chem icz­

ny ch stosow anych w p rep araty ce,

e) stosunkow o duża w ytrzym ałość m echaniczna repliki,

f) odporność h a działanie podw yższonych te m p e ra tu r w w yniku bom bardow ania stru m ien iem elektronów ,

g) łatw ość w ykonania.

D otąd nie udało się otrzym ać rep lik i czyniącej zadość w szystkim w ym ienionym postulatom . Stosow ane pow szechnie rep lik i organiczne — kollodionowe, m ow italow e i form w arow 'e w yk azują szereg zalet, m iędzy in n y m i duże podobieństwo: obrazów otrzy m yw an ych na m ikroskopie op­

tycznym i elektronow ym . N atom iast w adą ich jest niska zdolność roz­

dzielcza, pozw alająca w najlepszym razie na ujaw nienie szczegółu o w iel­

kości nie m niejszej od 500 A, co często okazało się niew ystarczającym [7], Opracowane w ostatnim okresie czasu metody oozwalają na otrzy­

manie replik o zdolności rozdzielczej odpowiadającej praktycznie zdol- ności rozdzielczej m ikroskopu elektronow ego tj. ok. 50 ^ao. U zyskuje się je przez n aparow anie w próżni na pow ierzchnię zgładu p a r m etali, tle n k u k rzem u lu b w ęgla. C h arak tery sty czn ą ich cechą w przeciw ieństw ie do r e ­ p lik organicznych jest jednakow a grubość błonki w każdym m iejscu, nie­

zależnie od k sz ta łtu i o rien tacji poszczególnych elem entów' s tru k tu ry . P ow stanie obrazu elektronooptycznego sta je się m ożliw ym na skutek różnego rozproszenia i absorpcji p rom ieni elektronow ych przez poszcze­

gólne m iejsca repliki,

W p rzy p ad k u rep lik organicznych, w ykazujących niejednakow ą g ru ­ bość, silniejsze rozproszenie i absorpcja elektronów zachodzi w m iejscach 0 w iększej grubości rep lik i i na odw rót — rys. 1.

W rep likach naparo w yw an y ch p rzy jednakow'ej grubości, efektyw na droga, jak ą przebyć m uszą elek tro n y zależy od k ą ta nachylenia poszcze­

gólnych elem entów rep lik i do k ieru n k u biegu prom ieni elektronow ych 1 stąd zachodzi różne rozproszenie elektronów w pow stającym obrazie — rys. 2. O dw zorow ane przez rep lik i węglow e obrazy s tru k tu ry są jednak tru d n ie jsz e do in te rp re ta c ji niż w organicznych i przy bardziej złożonych s tru k tu ra c h odczytanie ich w ym aga dużego doświadczenia.

B adania przeprow adzone przez B ra d le v ’a [2, 3], W ijka [4], F ukam i [5], w ykazały, że rep lik i węglowe” odznaczają się n astępujący m i zaletam i:

a) są w y trzy m ałe m echanicznie,

b) odporne na działanie stru m ien ia szybkich elektronów , c) nie u jaw n ia ją w łasnej s tru k tu ry ,

d) posiadają w ysok ą zdolność rozdzielczą, dochodzącą do 50 ^a

e) ze w zględu na stosunkow o niską liczbę atom ow ą w ęgla są łatw o przepuszczalne dla elektronów ,

f) w ykazują dobrą widoczność p rzy preparow aniu, przez co są znacznie ch ętn iej stosow ane niż praw ie niew idoczne błonki k rze­

mowe.

Wprawdzie W piśmiennictwie dotyczącym prac na mikroskopie elek­

tronowym napotyka się na bogactwo i wielką różnorodność opisu prepa­

ratyki replik, ale każdy kto zaznajomił się z wykonywaniem praktycznym czynności wie dobrze, że opracowanie metod preparatyki jest niezmiernie

gęstośi zaczernientO. kliszy/aib

Ry3.1. Kontrast obrazu struktury odwzorowanej przez replikę drganiczną

OL

R y s . 2. Kontrast obrazu struktury odwzorowanej przez replikę naparowaną

a - grubość repliki, d - droga przenikania elek­

tronów, - kąt nachylenia

Z a s to s o w a n i e r e p l i k w ę g l o w y c h do b a d a ń m e t a lo g r a f ic z n y c h 33

tru d n e . Ju ż w stęp ne p ró b y w ykonyw ania rep lik w ęglow ych pozw alają stw ierdzić, że otrzy m anie pom yślnych w yników zależy od szeregu czyn­

ników, głów ńie zaś sk ład u chem icznego i s tr u k tu ry badanej próbki, spo­

sobu przygotow ania zgładu oraz stosow anej p rep a ra ty k i. J a k dotąd piś­

m iennictw o nie podaje bliższych i bardziej ogólnych d any ch odnośnie w spom nianych czynników na jakość otrzym an ej repliki. T rudność polega głów nie na niem ożności zachow ania identycznych w arun kó w p reparow a­

nia, stąd też poszczególne lab o rato ria sta ra ją się ustalić dośw iadczalnie najw łaściw szą dla siebie m etodę przygotow ania replik.

W pracy n iniejszej zebrano w stęp ne w y n ik i b a d ań po d jęty ch w K a­

ted rze M etaloznaw stw a P o litech n ik i Śląskiej, celem u stalen ia opty m al­

ny ch w aru n k ó w w yko n y w an ia rep lik w ęglow ych. Zaznaczyć trzeba, że są to pierw sze tego ro d zaju próby w Polsce.

2. Cel i zakres badań własnych

B adania przeprow adzono na p róbkach czterech gatu n k ó w sta li pod­

danych różnym zabiegom cieplnym . Skład chem iczny stali użyty ch do b adań zestaw iono w tab licy 1.

T a b l i c a 1

S k ład ch em iczn y b ad an ych sta li G atunek

sta li

S k ład ch em iczn y w %

C Mn S i P S Cr W V N i Cu

10 0,1 0,32 0,20 0,025 0,030

N 11 1,1 0,35 0,29 0,030 0,027 — — — — —

ŁH 15 1,05 0,37 0,32 0,022 0,020 1,6 — — 0,2 0,2

SW 18 0,74 0,30 0,34 0,030 0,020 4,5 18 1,2 0,35 —

P ró b k i poddano obróbce cieplnej, celem otrzy m an ia c h a ra k te ry sty c z ­ n ych s tru k tu r. W aru n k i obróbki cieplnej próbek w raz z w y n ikam i badań m etalog raficznych na m ikroskopie optycznym oraz b adań tw ardości, ze­

staw iono w’ tab licy 2.

3. Przygotowanie replik

3. 1. W ykonanie zgładów

Z głady do badań na m ikroskopie elek tron o w ym przygotow ano sposo­

bem pow szechnie stosow anym do b adań m etalograficznych. P ró b k i szli­

fow ano ręcznie na p ap ierach ściernych, polerow ano m echanicznie na tarczach p o lerskich — filcow ych, zw ilżanych zaw iesiną tle n k u alum inium w wodzie destylo w an ej. Poniew aż zgłady do badań m etalograficznych na m ikroskopie elektronow ym w'.ymagają znacznie staranniejszego w ykona­

nia niż do b a d ań na m ikroskopie optycznym , zgład uznaw ano za zadaw ala-

»

Warunki obróbki cieplnej badanychpróbek

¿2as

o 7 3

pa | x u

PS X

G

s

SCU

ao

73O a

w

52 ^co

N >

o ¡>

£ S oa

o o o u CU ^ « r

7 3 ^ N

O O rQ

iiUOZD -JJÓIUIZ

D0 -duiał m XUBAV

-OZIJBUIJOU

i^ąojd jjsj

x

CUG r-J

¡3 aS _•+-ł

as w

O

0 Ni i

n asa

^ c N

£ .2 o •--<

o o

.y to c 0) ra fe

h o

ra Si c E

3 O

B ' v

a> °1 3

•«.3*5 C .2 S a

N 8-3

CU CU <w

■$ u 5

o . 2

^ ^ o7

o -2 c CU

asG fn

.2’n

0W)

CU

1 Ias a

35 O

T. ™

a c

o 2

P

° 2(A > ,

O -M

X

£

■+-»3

>»

-*->

cuG 8O O OSG

a

73O

£ O5J3_CU

go

pa

73O

P O t* W)

8 «CU 'O T* -*-*

8 £ S 3

-*-»

2 2

fe c

° S c 8

8 8 0 rD

£ ^ O “ O MS O

X X X

CU

£o ao

X

W)o CU o£

ao

o

^ £

§ 1c/l i>

O t>

X

a r 0 o £

*VJ O

O a

+•>o w a rG o X G^U)_CU*

0 £ G N o

W) P

0

£

>> oX Gnr Mas

oN 8

P

0

£ +-»

Gci;

CJ -+->

G ^C/J co pO o j

£ x

W)cu*

£ W)o CUG o

pa 73O

G £ 0 G

8 £

0 cu

p

O c/iI f

X X

CUG

£2O

7 3

P +»

T3j3 UO OJD w

0 . . .

> 0

© £ o 2 3 0

S i

f-i a CU O

<4h -*-> U1 0

fi Sr

s £

X

. Tabl.

Z a s to s o w a n i e r e p l ik w ę g l o w y c h do badań m e t a lo g r a f ic z n y c h 3 5

CM

T S

6 TSo

Sh CS

Eźh O

PiW

>»

£N _o CSÍH W)o

idp w ao

oa o

o g

W) a r 1

£> ju o 2

bo _OJ E

o £o ou 3 . 2

0) .2 3 O . .

£ o 8 £

£<D

I

^g

OJ ¡S

rt § £ S*_{U o} .2 w

N ^

N m*

-*->

g *

ÍH N

C S CO

E &

£ “§ £ m O

O Jd

30)

-+->

C/3£ co

CO

£

3^

I ? ® ® 3 >

(L) P

O id

0 O

™ CO-

1 s

N 0 r*

o £.'4_>

O £ £

bjn_{0 “ D}

w CO ^

.2 &

.S?£ o

_.S «

i ? « *

g S

" S5O ^ CO £

£N N GJ CO

.2 C o o W) &fl

0 OJ

£ £ oa

N OJ S I

U)o

co W) CL)

- £

£ O

>> o

N -*->

£ w

t í id co ;£

6 w

*-* ar

i 5

£ aj

Oa o

rH ÜJ0a r

£

o ii MX2

c+H OJ

■£ O o» 5

£ £

£ cu O) -H

o a

s *

^x

o.

Z E P

X X X

co

CO

1 . . ■

o id o o

^ OJ r*H CO'

>M ^ £ N

O O XJ

a n E u_{QJ o}

Á U0ZD

-łi& IU IZ X X X X X

O0 -draa-t m.

¿UBM

-O Z T IB U IJO U

X

i^qojd jm TT

idOJ

£ ^ -+j '£

co

o

w£

jący gdy nie w ykazyw ał żadnych ry s p rzy obserw acji pod m ikroskopem optycznym w polu ciem nym przy pow iększaniu 500 X . Celem usunięcia pow ierzchniow ej deform acji s tru k tu ry — w arstw y B eilby’ego, stosowano kilk ak ro tn e traw ien ie i polerow anie. Do traw ien ia przy tych zabiegach używ ano 2% ro ztw o ru H N 0 3 w' alkoholu etylow ym . Po końcow ym w ypo­

lerow aniu zgład płu k an o wodą, a następnie alkoholem m etylow ym . 3. 2. T raw ienie zgładów

Celem d obrania opty m aln y ch w aru n k ów traw ien ia zgładów użyto trzech odczynników o następ u jący m składzie chem icznym :

a) 2% roztw ór H N 0 3 w alkoholu n -am ylow ym

b) 4% roztw ó r kw asu pikrynowtego w alk oh lu m etylow ym c) l g FeCl3 + 2 m l HC1 na 98 m l alkoholu m etylow ego.

Dla określenia w łaściw ej głębokości traw ien ia zastosowano różne czasy, szczegółowo u jęte w tablicy 3, przy ćzym najkorzy stniejszy m oka­

zał się czas krótszy około 20% od stosow anego do badań m etalograficz­

nych na m ikroskopie optycznym .

P rzed traw ieniem pow ierzchnię zgładu przem yw ano benzenem po czym po jej w ysuszeniu nanoszono odczynnik traw iący. Zgład po w y tra ­ w ieniu spłukiw ano 1% roztw orem kw asu cytrynow ego w acetonie i alko­

holu m etylow ym w stosunku 1 : 1, celem rozpuszczenia ew entualn ie po­

w stałych p ro d u k tó w traw ienia. Z kolei roztw ór spłukiw ano m ieszaniną acetonu i alkoholu m etylow ego w stosunku 1 : 1, a następnie benzenem . Po w ysuszeniu zgład poddaw ano obserw acji pod m ikroskopem optycznym po czym nakładano replikę czyszczącą z 10-cio procentow ego roztw oru nitrocelulozy w octanie am ylow ym .

3. 3. N apylanie w arstew k i w ęgla

N apylenia w arstew k i w ęgla na w y traw io n ą pow ierzchnię zgładów dokonano w próżni rzęd u 10~4 do 10~5 m m Hg za pom ocą urządzenia zw.

n a p y la rk ą fi]. Ź ródłem em itu jący m cząsteczki w ęgla b y ły dw ie sp ek tral­

nie czyste elek tro d y węglowe sty k ające się z sobą zaostrzonym i końcam i, dociskane do siebie sprężynam i. Przez e lek tro d y p rzypływ ał p rąd o n a ­ tężeniu do około 50 A. W ysoka gęstość p rą d u w m iejscu styku elektrod pow oduje nagrzanie się ich do te m p e ra tu ry wyższej od te m p e ra tu ry sub lim acji w ęgla w w yn ik u czego n astęp u je silna em isja cząsteczek w ę ­ gla. W odległości ok. 80 m m od źródła n apylenia ustaw iono zgłady po­

w ierzchniam i w y traw io n y m i prostopadle do k ieru n k u napylania. Po o trzy m an iu żądanej próżni w łączano k ró tk o trw a ły przepływ prądu, w w yniku czego w ystępow ała silna em isja cząsteczek węgla. W ty ch w a­

ru n k ac h pow staje cienka i ścisła błonka węglowa, którą po oddzieleniu od pow ierzchni zgładu m ożna poddać obserw acji pod m ikroskopem elek­

tronow ym .

G rubość napylonej błonki w ęglow ej określano za pomocą białej p ły tk i porcelanow ej na zasadzie b a rw in terferen cy jn y ch , osadzonej na niej w arstew k i w ęgla. B arw ie nalotow ej żółtej odpow iadają błonki węglowe cienkie o grubości ok. 50 a [2], zaś b arw ie jasno-brązow ej błonki o g ru ­ bości ok. 200 — 250 ^a-

Z a s t o s o w a n i e r e p l i k w ę g l o w y c h do b a d a ń m e t a l o g r a f i c z n y c h 3 7

3. 4. O ddzielanie rep lik od pow ierzchni zgładów

R epliki oddzielano od pow ierzchni zgładów sposobem chem icznym przez rozpuszczenie w a rste w k i m eta lu leżącej pod napyloną błonką w ę­

glową, p rzy użyciu roztw orów b ro m u w alkoholu m etylow ym o stężeniu 3 — 20%. P rzed oddzieleniem , błonkę przy legającą do zgładu nacinano na k w ad racik i o boku 3 m m .

O ddzielenia rep lik d konano dw om a sposobam i zgodnie z podaną m etodą [8]:

a) na pow ierzchnię zgładu z pociętą błonką w ęglow ą nanoszono kilka k ro p li ro ztw o ru i w m om encie gdy b łonka zaczęła odstaw ać, za­

nurzan o w naczy niu z w odą destylow aną. Po zrów naniu się po­

ziom ów pow ierzchni zgładu ze zw ierciadłem wody, błonki spły­

w ały na jej pow ierzchnię;

b) próbkę w raz z pociętą błonką w ęglow ą na zgładzie zanurzano do ro ztw o ru bro m u i po czasie w yznaczonym ek spery m en taln ie (w zakresie od k ilk u sekund do 1 m inuty) w yciągano z roztw oru, a pow ierzchnią zgładu d o tykano zw ierciadła wody destylow anej, na k tó rą spływ ały błonki.

3. 5. Czyszczenie i cieniow anie replik

Celem rozpuszczenia przyczepionych do rep lik cząstek m etalu, podda­

no je w y traw ie n iu w roztw orze kw asu solnego lub siarkow ego w wodzie destylow anej o stężeniu 5 do 20% w czasie około 6 godzin. Po w y traw ie ­ n iu rep lik i płu kano w wodzie desty lo w an ej w czasie ok. 1 godziny, a n a­

stępnie w yław iano na nośniki p re p a ra tu i suszono, w y kład ając je na bi­

bułę filtra c y jn ą . Po w ysuszeniu p re p a ra ty obserw ow ano pod stereoskopo­

w ym m ikroskopem optycznym celem określenia jakości i czystości błonek, odrzucając p re p a ra ty zniszczone lub zanieczyszczone.

Część o trzy m an y ch ze zgładu rep lik poddaw ano bezpośrednio obser­

w acji pod m ikroskopem elek tro no w y m a część cieniow aniu chrom em w próżni ok. 10~4 do 10-5 m m Hg. C hrom um ieszczony w łódce tantalo w ej w łączonej w obwód p rąd u , był ogrzew any pow yżej te m p e ra tu ry sublim a- cji, a pow stający s tru m ie ń p a r um ożliw iał ty m sam ym cieniow anie replik.

Szkiełko p rzyk ryw k ow e z n ak lejo n y m i na siatk ach nośnych rep lika­

m i um ieszczano w odległości ok. 80 m m od źródła paro w ania pod kątem 30 lu b 45° do k ie ru n k u rozchodzenia się p a r chrom u. K ą t cieniow ania 30°

stosow ano dla rep lik ze zgładów słabiej w y traw io n y ch oraz dla s tru k tu r d ający ch na replice słaby k o n tra st np. m a rte n z y t sta li stopow ych. G ru ­ bość w a rste w k i regulow ano czasem cieniow ania i określano na zasadzie b a rw nalotow ych [2],

4. Niektóre szczegóły preparowania i wyniki badań

D ośw iadczenie uzyskane w w y n ik u przeprow adzonych bad ań um ożli­

w iło ujęcie w pływ u pew nych czynników na jakość otrzym anych replik i ich w łaściw ą in te rp re ta c ję, p rzy obserw 'acji pod m ikroskopem elek­

tronow ym .

Stw ierdzono, że otrzym anie popraw nej rep lik i zależy przede w szyst­

kim od przygotow ania zgładu, tj. od w ypolerow ania i w y traw ienia. Obec­

ność na w ypolerow anej pow ierzchni n a w e t nielicznych ry s lub uszkodzeń m echanicznych (np. pow stałych na sk u tek w ykruszenia się p rzy polero­

w an iu w trąc e ń niem etalicznych) w dużym stopniu u tru d n ia a niekiedy całkow icie uniem ożliw ia oddzielenie rep lik i od zgładu.

D alszym czynnikiem , k tó ry w yraźnie w pływ a na jakość odw zorow a­

nego przez replikę obrazu s tru k tu ry jest traw ien ie zgładu. Dobór w łaści­

wego odczynnika oraz p a ra m etró w traw ien ia w a ru n k u je otrzym anie p ra ­ w idłow ej repliki. Im w iększy relief w y traw io n ej pow ierzchni — uzyskany czasem działania odczynnika, ty m silniejszy k o n tra st repliki, czyli zdol­

ność odtw orzenia obrazu stru k tu ry . N atom iast zbyt silne traw ien ie w y­

w ołuje pow stanie fig u r traw ien ia co u tru d n ia oddzielenie rep lik i od po­

w ierzchni zgładu, a także pow oduje w tórn e efek ty tzw. „ a rtifa c ta ”, czyli zjaw iska pow stania ubocznych i dodatkow ych n iekorzystnych efektów.

N ajlepsze w y niki uzyskano stosując do traw ien ia zgładów ze stali:

nisko w ęglow ej 10 — roztw ór kw asu azotowego w alkoholu n-am ylow ym ; w ysokow ęglow ej narzędziow ej N 11 — roztw ór FeCl3 i HC1 w alkoholu m etylow ym ;

k o n stru k c y jn e j stopow ej ŁH 15 — roztw ór kw asu pikrynow ego w' alko­

holu m etylow ym lub roztw ór FeCl3 i HC1 w alkoholu m etylow ym ; wysokostopow ej szybkotnącej SW18 — roztw ór FeCl3 i HĆ1 w alkoholu m etylow ym .

N ajk o rzystn iejszy czas traw ien ia w ynosił ok. 20 — 30% czasu stoso­

wanego zw ykle do badań m etalograficznych na m ikroskopie optycznym . Tylko w p rzy p ad k u s tr u k tu r m arten zyty czn y ch w ykazujących w zasadzie dużą odporność na działanie odczynnika traw iącego trzeba było użyć czasu tra w ie n ia ja k do badań m etalograficznych na m ikroskopie op­

tycznym .

N ajkorzy stniejsza grubość błonki w ęglow ej w ynosiła ok. 150 — 200 ^a-

co odpow iada żółto-brązow em u nalotow i na pły tce porów naw czej. Błonki cieńsze w praw dzie oddaw ały dobrze szczegóły s tru k tu ry , były jednak n ietrw a łe m echanicznie, a ponadto w ym agały silniejszego cieniow ania.

Za g rube błonki daw ały obraz ciem ny i m niej w yraźny.

Polepszenie jakości błonek w ęglow ych następow ało w w yniku na­

pylania p rzy w yższej próżni, tj. ok. 10-5 m m Hg.

Za niska próżnia pow oduje o trzym anie gorszych błonek, słabych m echanicznie i zanieczyszczonych o dpryskam i spalonego w ęgla [8],

W zrost zaw artości dodatków stopow ych stali u tru d n ia oddzielenie rep lik od zgładu i stw arza konieczność stosow ania dłuższych czasów tr a ­ w ienia przy oddzielaniu oraz dlniej działających odczynników. Z by t duże stężenie alkoholow ych roztw orów b ro m u (powyżej 20%) stosow anych do oddzielania replik, pow oduje pow stanie tru d n o rozpuszczających się pro­

duk tó w traw ien ia zanieczyszczających replikę i u tru d n ia ją c y ch jej od­

dzielenie. Trudność oddzielenia rep lik i zwiększa się rów nież ze w zrostem niejednorodności s tru k tu ry i pojaw ieniem się faz o różnej odporności chem icznej na działanie odczynnika oddzielającego.

W ty m p rzy p ad k u istn ieje możliwość przyczepienia się do błonki w ęglow ej drobn y ch cząsteczek faz m iędzym etalicznych Oi dużej odpor­

ności chem icznej jak np. w ęglików stopow ych w stalach ŁH15 (rys. 11)

Z a s t o s o w a n i e r e p l i k w ę g l o w y c h do b a d a ń m e t a lo g r a f ic z n y c h 39

i SW18 oraz fazy w ęglikow ej w ydzielającej się p rzy odpuszczaniu w stali narzędziow ej N i l [8], O ptym alne w a ru n k i oddzielania rep lik zestawiono w tab licy 3.

N iekiedy k o n tra st odw zorow anego przez rep lik i węglow e obrazu s tr u k tu ry m ożna zw iększyć przez poddanie rep lik cieniow aniu. N ajlepsze w y niki cieniow ania uzyskano przy grubości 70 — 100 A cieniującej w arstw y chrom u, odpow iadającej brązow em u nalotow i na pły tce porów ­ naw czej i kącie cieniow ania rów nym 30°. Z byt gruba w arstw a cieniująca obniża czytelność obrazu [8] oraz pow oduje jego zniekształcenie (rys. 13).

P rzeprow adzone badania zilustrow ano ry su n k a m i 3 — 18 a ich szcze­

gółowy opis zamieszczono w tab lic y 4.

Wnioski Przeprow adzone b adania w ykazały, że:

1. R epliki węglow e n ad ają się dobrze do badań s tr u k tu r sta li w ę­

glow ych i stopow ych na m ikroskopie elektronow ym . Ich zalety są:

a) w ysoka zdolność rozdzielcza, pozw alająca na u jaw nienie d al­

szy szczegółów s tr u k tu ry ze w zrostem pow iększenia;

b) dobre w łasności m echaniczne i term iczne, zależne jednak głów nie od stosow anej p rzy n ap y lan iu próżni (m inim um

10"4 m m Hg);

c) o trzym anie dobrego k o n tra stu obrazu s tr u k tu ry bez potrzeby cieniow ania rep liki;

d) m ożliw ość otrzym ania rep lik i ek stra k cy jn e j, p rzy d atn ej do bad ań d y fra k c y jn y c h na m ikroskopie elektrpn ow ym celem id en ty fik acji faz.

2. W ystępujące p rzy w y k onyw aniu rep lik w ęglow ych w ady nie są zasadniczej w agi i dotyczą raczej tru d ności w y stępujący ch rów ­ nież p rzy innych m etodach prep aro w an ia. Jako specyficzne w y­

stęp u ją:

a) trud n ości p rzy oddzielaniu rep lik i zwłaszcza w stalach sto­

pow ych o stru k tu rz e niejed no ro d nej (z w ęglikam i);

b) zniszczenie zgładu w tra k c ie oddzielania, co stw arza koniecz­

ność ponow nego w ykonania zgładu przy pow tórzeniu badania.

P orów nanie zalet i w ad w otrzy m y w aniu rep lik w ęglow ych p rze­

m aw ia za ich szerokim zastosow aniem w badaniach s tr u k tu r stali w ęglo­

w ej i stopow ej na m ikroskopie elektronow ym .

PIŚM IEN NIC TW O

[1<] F. Staub, J. T y m o w sk i — Z eszy ty N a u k o w e P o lite c h n ik i Ś lą sk iej — M ech an i­

ka 5. 1958 r.

[2] D. E. B rad ley — B rit. J. A ppl. P h y s. N r 5, str. 65. 1954 r.

[3,] D. E. B rad ley — B rit. A ppl. P h y s. N r 12, str. 27, 1956 r.

[4] F. v a n W ijk — Rer. U n iw e s. M in. N r 99, str. 555. 1956 r.

[5] A . F u k a m i — Rer. U n iw ers. M in. N r 99, str. 476, 1956 r.

[6] E. W. P a n czen k o i w spółpr. — L a b o r a to r ia m i e ta l ło g r a f ii — M oskw a 1957 r.

[7,] L. H ab rak en — S u r la m e t a ll o g r a p h i e e le c tr o n i q u e — E dit CNRM — L iege 1953 r.

[8] J. A d a m czy k — P raca dyp lom ow a N r 101 K ated ra M eta lo zn a w stw a P ol. Sl.

1959 r.

Optymalnewarunki trawieniai oddzieleniareplikwęglowychodpowierzchni zgładów

CO Cdo

ł-H

JDos E-<

P i

¿2'Oui

O -a w

ccN

O

' G O

• |-H

co

X

cau X

ca

x X

OJ

co X

ca

x ^{X X}

X X

X

X

ca X

X

o

ca NO rao

o£ K

Uffi

O<u

Uw

■n

r—i

O Oa

ćo u

O W

o₀ Ph

a>>

io G o

. ^■+■» _Xu

^ O)

fi

£ S3 O) -4-» Ou a W *

U lO

•g

"fiO

a

X cdo

w »-< <W)d

c -3 ^.a °

> r fi £

-ł-J

h r? T

• S | o (S bfl

I *S c

Ul CU N

5-i cd

a

s

₀

Q G

5-(

^-4-3

fi

⁰

'ću cd a cd CO1

r-H

N i-i

0 G{_H

fG a _cd

f i O cd _p»-H0^‘n

-ł-J^{o 0}

f i*G O G

0 cd G ^N

a

^{W) U3O _ 0}

>> °

u &0 u <u O) G

o - li 2 c_G

g *

O lJ> <u 1 °

* § g0/ G

N Jh

o Co fiN

^ fi °_{S g «•}

0 .!=; 0

■4-3 f— 4 f .

^ (U ,Q

S '3 °

s c

° 3

bfl-M

CU ^

^ gw Th .bp

a

O 5-4 _N O_{N >} 'O

Ul ^ 3

a f i

13 +->

o >»_-+-4 fi G

-fi CU

& s

« s

. 3 N

£O O O fi tuo W)

03 Cj c)

O G G cdG :£

•S t-,% JD N OUl

X o fi

<u G

«W *H

CU -£*vO 1 * c 5s >»

CU*

£ OW)

CU

£

P !

NG

fi £

s I

•" ft

2 -2

> m g gU l r -4

O W) dX)o £

(U CD

G £ O £

"fi

oN (U N g

fi 2

a >

"fi ^ O 0) fi £

" n aN o G 4->

0) w

■4-3

^ W)

CU g *

o o G ^w cu O G

1 *„r 1

CU* £ 1 3

£ £ °

o'.° “•_N

5-4

a

GCU

° s o

■+J * N F .

ui fi <u .t:

fi'0 N-P -j F7-« r ■ -£ • • U <

>» CU ^

a z * . .

cu o

« g ,

- r -

1 “ S g r g

W r - (

O W)T5

XCC -a G g

‘2 a -2

fG -S

O «

>»

GO NO F*

§

9fN

>>

ficd -+->ou

fcdG

^ o

2 » n

S 2^ * ti "fi o cd o

fG

O fi o

a °

co G

!>s °

fi1 N

G o cd nU i %°

o fi ° -2 a s- £ 1 3 CO

cd o k,

f G .fH >

>>

G0

N CU CU*

1 N

Gcd io -*-»u

cd

fG

>>

G

^ N cd n O

^ "2°

G fi °

S a o cd o .

fG ^

F^CU F^t

G fi

ocd

cc _W

pj

. Tabl.

Z a s to s o w a n i e r e p l i k w ę g l o w y c h do b a d a ń m e t a lo g r a f ic z n y c h 41

CO

" f i

Ó

5aCli 42-OwO - wa

coN a

X

CQ

X

pqu

X

PQ

X

W

X

w

X

m

£’fifi

Na

"fi O

Offii_co O_tu fci

Utu Ow o_tu fc.

OK Otu

tu

Offi 1 Otu

Eu

Uw otu Eu

a>>

£o

ao -U>¡i oi ^x

s a

ui Ol

*4-1 O

"fiO a

g*o * £ o60.5i

S a

O |

a 1 -♦-» o_ot•^{0) JH}n r

3T) -g5 '°

t t _{r? tu} ^ u £ I

■S R_{P i tu}

<D O

•in ■+-> CC

£ " S a £ ■-

M -H U

O W) fi

o O o o

toA W W) txD

CU CU CU CU

~t->

OT £ l / i £

o o

W)^M W)

arN ar

N f i a

N C/ł

CU

i s

fi ^ON l / i

N

f i f i a N

fi f i

-*-aCU’fi ^{t / i}

-ł->CU Jh‘fi

CU CO CU

fi ^w Fi ^{l / i}

fi fi

CO Ol) CO

a ^{0 /} (U

£o ^{cof i £}o ^{COf i} firn co COU fi

l / i co

O N o o N

£

O OJ o bJD^ U) Gi -—i CD

•ł-a CD f>l/i •!"<

^ ^ s

W) CD1*

>» O 1

N W)

fi <L>

(U ^ ;

O I tUO o CU ■4-a

S[fiW)

_ ar 3 £ >>

fi °

s ^

OU GJ f i *i-H

<u ^

£ fi W)

£ s *

O ,Q ‘O N

fi vją co ot O ^

O-h mO

ź S O o g i S . top nS

> .a >> u s a ^ °

o tu | . .

¿•N I 3

m 3 m

-31« e a

.. fi 5

>»<u5 O

*-< > "tf n fe I * «

(U w

•fi O I 8 s S - S l

o a CU

£ I ^ -

l i g.

2 ‘ "fi

•fi W a) o

^ ^ G 2 -Q >»f i Cfi O N C/J »“ H (-1 f i

o. w ) a

os vO42fi

X iO fi ^ 5 fi a.gfi OT

’o w

>>

fio o*

aN

>>

fiCO

gO

-ł->fi 43CO

>»

u §U

fi1 No

fi CU O

CO N O

^ fi'?

S a £

5h " fi w CO o X rf i »iH CO

44 fi • fi ’ fi - Oco

►» u ° ofi

f i 9 N o fi a o co n o

£ fi1?

S a ^

fi "fi

co o X 43 th co

C/3

>%

k fi° u

U N o

fi O O

CO N lO

£ 2 **

S a £

f i " f i W

co o X

>»

r \ u. ° U

fi* N o

fi O O

CO N O

£ fi1?

° a ^

fi "fi w

co o X 43 -TH co

42

IlpMMeHeHMe yraepo,a;H bix OTnenaTKOB k M eTaaaorpacfaiHecKHM MCCJie^OBaHMHM Ha SJieKTpOHHOM MMKpocKone

O n w c a H o MeTOfl h o n p e fle jie H O o n T H M a a b H b ie y c a o B n a n o j i y - neHMH y r j i e p o f l H b i x OTnenaTK O B ,n,aa y r a e p o ^ M C T b ix m j ie r a p o B a H - H b ix C T a jiefi p a3 JiHHHbix cT p y K T y p .

M ccjieflO B aH O B a m m n e n pn roT O B aeH M H m T paB jieH H H mancjDOB, p o « C T p y K T y p b i, ycjiO BH H M cnapeH M H y r a e p o / j a m O T ß e a e H n a n a e - h o k , a T a x x i e OTTeHeHMa H a x a n e c T B O m n p n roflH O C T b y r a e p o f l H b i x O TneaaTK O B k M e T a ju io rp a c^ M a e cK H M MCCJieflOBaHwaM.

K o H C T a T M p o ß a H o ß o a b i n o e B j m a H i i e n p u r o T O B J i e H M a m T p a B - J i e i i M a hjjim cJdob H a K a a e c T B O n o a y n a e M o r o B M ^ a C T p y K T y p b i . O Ö H a - p y a c e H O h t o x a x M e x a m i H e c K H e C B o n c T B a O T n e n a T K O B 3 a B M C M T b b r j i a B H o f i M e p e

o,n;

B a x y y M a n p n M c n a p e H H u . H a ß a i o , a ; e H H e ^ 0 K a 3 a - a o , h t o y r a e p o f l H b i e O T n e n a T K M T p e ß y i o T ß o a e e c a a ß o r o O T T e H e H M H a e M a a K O B b i e . I l p n o T ß e a e H M M O T n e n a T K O B o t m a M c |D O B o n p e ^ e - a e H O h t o y B e a M H H B a H M e H e o f l H o p o f l H O C T M C T p y K T y p b i m a e r w - p y r o i p M x a a e M e H T O B 3 a T p y , a ; H a e T h x O T , n ; e a e H M e .

Die Eignung der Kohlenstoffabdrücken für metallographische Untersuchungen am Elektronenmikroskop

Das Anwenden der Kohlenstoffabdrücken für metalographische Prüfung am Elektronenmikroskop wurde näher untersucht. Die Erhaltung eines guten Kohlenstoffabdruckes hängt von mehreren Umständen ab. Diese setzen voraus eine sehr gute Schliffherstel­

lung und ein entsprechendes Ätzen. Die mechanischen Eigen­

schaften des Kohlenstoffabdruckes hängen stark vom richtigen

Vakuum bei der Aufdampfung ab. Die Kohlenstoffschichte

verlangt etwas schwächeres Beschatten im Vergleich zu den

anderen. Es wurde festgestellt, dass die Strukturungleich-

mässigkeiten und die Erhöhung von Legierungsbestandteilen die

Abnahme des Kohlenstoffabdruckes erschweren.

Opis r y su n k ó w stru k tu r T a b l i c a 4

N r rys.

G atunek sta li

Obróbka cieplna

(stan)

T raw ien ie

R eplika cien io ­

w an a

S t r u k t u r a

P o w ięk szen ie X 10’

P *)e ' P e f ">

3

10 n orm alizow an y h n o3

—

W osn ow ie ziarn ferrytu na granicach w y d z ie ­ len ia cem en ty tu trzeciorzęd ow ego. F erryt w y k a zu je p om arszczenia sp ow od ow an e s i l­

nym tra w ien iem , cem en tyt m a p ow ierzch n ię gładszą. P rzy cien io w a n iu p ow ierzch n ie ziarn sta ją się lep iej w id oczn e. C iem n e plam y okrągłą n a rys. 3 i podłużna w górnej części rys. 4, są to za n ieczyszczen ia p o w sta łe w cza­

sie preparow ania. W tym że rysu n k u w w y ­ n ik u k ieru n k ow ego n agrom adzenia się czą s­

tek chrom u na k ra w ęd zi w y sta ją ceg o cem en ­ tytu p o w sta ło za ciem n ien ie tw orzące łam aną ciem ną lin ię, n atom iast za ziarnem cem en ­ tytu w y stę p u je p asm o ja śn iejsze w y w o ła n e brakiem w a rstw y cien iu jącej

8

8

24

24

4 Cr

5 N 11 n orm alizow an y

w 900°C F eC l3-H C l Cr W osn ow ie p erlitu p a sm o w eg o n ieliczn e okrągłe

ziarna cem en ty tu w tó rn eg o różnej w ie lk o śc i 8 24

6 N 11 zm iękczany F eC l3-H C l Cr

W osn ow ie szarego ferry tu w y stęp u ją ce ziarna cem en ty tu w tó rn eg o o zm ien n ym k szta łcie i w ie lk o śc i

8 24

7 N 11 hartow an y

z 780°C w w odzie F eC l3-H C l Cr

W osn o w ie m arten zytu częścio w o ig la steg o n ie­

liczn e ziarna cem en ty tu w tó rn eg o zm iennej w ielk o ści

8 24

8 N 11

hartow an y j .w . i odpuszczony w 300°C

F eC l3-H C l —

W osn ow ie m arten zytu odpuszczonego ziarna cem en ty tu w tórn ego zm iennej w ielk o ści. R e­

p lik a w ęg lo w a n iecien io w a n a u ja w n ia bar­

dzo w y ra źn ie d rob n oiglastą stru k tu rę m a­

gn ezytu

8 24

9 N 11

hartow an y j . w . i odpuszczony w 300°C

F eC l3-H C l Cr

Jak rys. 8, lecz obraz stru k tu ry o m niej w y ra ź­

nych u tw orach iglastych . P otw ierd za to n ie ­ p rzydatność cien io w a n ia w p ew n ych w a ru n ­ kach danej stru k tu ry i traw ien ia

8 24

10 N 11

h artow an y j .w . i odpuszczony w 600°C

F eC l3-H C l Cr

W osn ow ie ferry tu ziarna cem en ty tu w tó rn eg o zm iennej w ielk o ści; ziarna drobne — w y ­ d zielon e przy odpuszczaniu; sorbit

8 24

*) P e — p o w ięk szen ie elek tro n o w e.

« ) Pef — p o w ięk szen ie całk o w ite (elek tron ow e X fotograficzne).

c. d. Tabl. 4

Nr rys.

G atunek s ta li

Obróbka ciep ln a

(stan) i

T raw ien ie

R eplika cien io ­ w a n a

S t r u k t u r a

P ow ięk szen ie X 103

P e *) F ef *')

11 ŁH 15 zm iękczony F eC l3-H C l —

W osn o w ie ferry tu sto p o w eg o w ę g lik i stop ow e zm iennej w ielk o ści. C iem na plam a p ow stała w w y n ik u p rzyw arcia w ę g lik a do rep lik i

8 24

12 ŁH 15 hartow an y

w 860°C w oleju F eC l3-H C l — W o sn o w ie drobnego m a rten zy tu duże w ę g lik i

stop ow e 8 24

13 ŁH 15 hartow an y

w 860°C w oleju F eC l3-H C l Cr J. w . k on trast zw ięk szon y w w y n ik u cien iów . 8 24

14 ŁH 15

h artow an y j. w . i odpuszczony w 300°C

F eC l3-H C l Cr W osn ow ie m arten zytu odpuszczonego w ęg lik i

sto p o w e zm iennej w ie lk o śc i 8 24

15 SW 18 hartow an y

z 1280°C w oleju F eC l3-H C l Cr

W o sn o w ie m arten zytu ig la steg o z m ałą ilością a u sten itu szczątk ow ego w ę g lik i stop ow e. S ła ­ be cien io w a n ie p olepsza obraz stru k tu ry

8 24

16 SW 18

hartow an y j. w . i odpuszczony 3-k rotn ie w 300°C

F eC l3-H C l —

J. w . lecz m a rten zy t pod w p ły w em tem p eratu ry odpuszczania u w id aczn ia w ięcej szczegółów . N a gran icach ziarn w ę g lik ó w zaznacza się zap oczątk ow an ie zm ian w strukturze

8 24

17 SW 18

h artow an y j .w . i odpuszczony 3-k rotn ie w 500°C

F eC l3-H C l Cr

M artenzyt oraz w ę g lik i stopow e. M artenzyt pod w p ły w em tem p. i czasu odpuszczania zatraca b u d ow ę iglastą i m ie jsc a m i p o w sta ją obsza­

ry (ziarna) b ezp ostaciow e

8 24

18 SW 18

h artow an y j .w . i odpuszczony 3-k rotn ie w 650°C

F eC l3-H C l Cr J. w . w ziarnach b ezp ostaciow ego m arten zytu

p ow stają n ow e ig la ste w y d z ie le n ia (strzałka) 8 24

*) P e — pow iększenie elektronow e.

**) Pef — pow iększenie całkow ite (elektronow e X fotograficzne).