摘 要 : 本文采用自动磨抛设备和金相显微镜研究了金属碳化物热喷涂粉末的金相制样方法。研究结果发现，金属碳化物热喷涂粉末与镶嵌料的最高体积比随着粉末粒度的增大而降低，流动性差的粉末更易于在镶嵌面内均匀分布。在逐次抛光过程中，采用逐渐减小的抛光压力更容易获得理想的金属碳化物热喷涂粉末金相样品。
关键词 : 金属碳化物热喷涂粉；金相制样；镶嵌；抛光
作为金属碳化物热喷涂粉末 ( 后面简称热喷涂粉 ) 的一个重要的检测方法，金相检测可以比较直接的看到热喷涂粉颗粒的形貌、烧结状态及样品是否有混料，脏化等现象，对过程产品质量控制及最终产品质量保证有较大的指导意义[1]。
由于制备金相样品方法和工具的多样性及实验操作过程中人为因素影响的不同，我们无法得到热喷涂粉金相制样的严格规则。本文采用自动磨抛设备和金相显微镜对现有热喷涂粉样品的镶嵌和磨抛方法进行研究，致力获得快速准确的热喷涂粉金相制样方法，降低实验操作过程中人为因素的影响，提高检测效率和可靠性。
1 样品的镶嵌
热喷涂粉样品镶嵌的最终目的是使细小的颗粒样品经过镶嵌后便于磨抛及能在显微镜下能很好的被观察。在一定的镶嵌平面内，越多的热喷涂粉颗粒可以越接近粉末的真实情况。喷雾干燥制料制得的热喷涂粉具有良好的颗粒球形度和流动性。热喷涂粉这些特性使得它在热喷涂过程中能均匀的被送粉，得到均匀的涂层[2]。但这样的特性在粉末样品的镶嵌中却是一个非常不利的因素，过好的球形度和流动性使得热喷涂粉样品不容易和粉末状的树脂镶嵌料混合均匀，容易在入模的过程移位堆积，导致热喷涂粉颗粒在研磨过程中发生整片脱落的现象[3]。
在日常热喷涂粉金相样品的镶嵌中发现，热喷涂粉的流动性、粒度及热喷涂粉与镶嵌用胶木粉的体积比是影响热喷涂粉金相样品制备的几个重要因素[4]。热喷涂粉粒度又是影响其流动性的两个因素（热喷涂粉表面粗糙度和粒度）之一，热喷涂粉粒度越小流动性越差。故本文选择了三种具有不同流动性和粒度的热喷涂粉进行金相制样 (A 粉末的流动性较好，为 13s/50g，粒度范围 15 ～ 53µm;B 粉末不能自主流动，流动性差，粒度范围 5 ～ 30µm；C 粉末不能自主流动，流动性差，粒度范围15 ～ 53µm)，并将这三种热喷涂粉分别与不同比例胶木粉混合进行镶嵌（相应的信息如表 1 所示），以获得不同流动性、粒度的热喷涂粉与胶木粉混合的比例对热喷涂粉金相制样过程的影响。
相应热喷涂粉样品镶嵌抛光后的宏观形貌如图 1 所示，热喷涂粉样品的截面微观形貌如金相图片图 2 和 3 所示。
从上面图 1(a)、(b) 中我们可以看到在粒度大小相同流动性不同的热喷涂粉 A 和 C 系列配比实验中，A 粉末样品在镶嵌体积比为 0.8:1 时没有出现剥落情况但热喷涂粉在镶嵌面内分布不均匀；在镶嵌体积比为 1.4:1 时就开始出现边界部分极少量片状剥落的情况，但直到镶嵌体积比达到 2.4:1时才出现大量片状剥落的情况，且这些剥落在镶嵌面内都呈不均匀状态分布。而 B 粉末样品则在镶嵌体积比在 1.8:1 时才出现剥落情况，且为大量剥落，剥落部分在整个镶嵌面内也分布较为均匀。这是由于热喷涂粉粒度大小在同一范围的情况下，流动性较好的热喷涂粉与镶嵌用胶木粉混合搅拌时吸附力不够容易出现分层的情况，在镶嵌时热喷涂粉与镶嵌用胶木粉的体积比过高和过低都会使粉末在镶嵌面内分布不均；流动性较差的热喷涂粉与镶嵌用胶木粉间的吸附力较强，即使出现大片剥落时热喷涂粉也在镶嵌面内分布较为均匀。
对于粒度细流动性不好的 B 粉末，即使样品与镶嵌料体积比增加到 200%，在磨抛过程仍没有出现剥落现象，并且样品在镶嵌面内分布均匀。这是由于颗粒细的粉末堆积时间隙较小，需要镶嵌用胶木粉填充的体积较小。这从图3也可看出。从图 2、图 3 中可以看出镶嵌比体积比的提高可以使得在同面积视场内观察到更多的热喷涂粉颗粒。粒度较粗的热喷涂粉在与镶嵌用胶木粉体积比达到 1.6:1 时已达到较为饱和的状态，可供观察的热喷涂粉颗粒较多。粒度较细的热喷涂粉在与镶嵌用胶木粉体积比达到 2.0:1 时达到较为饱和的状态 .
在镶嵌实验样品的磨抛过程中还发现，在同样的磨抛条件下，热喷涂粉与镶嵌料体积比越低，磨抛效果越好，这主要是由于热喷涂粉硬度高且耐磨的原因。镶嵌面内如果出现片状剥落时，剥落的颗粒较粗也会增加样品的磨抛难度[5]。
综上所述可发现：
（1）粒度粗的热喷涂粉样品，在样品与镶嵌料体积比在 1.4:1 到 1.6:1 之间时，样品在镶嵌面内可以达到一个较好的分布状态，并且，在选定大小的视场中有较多的粉末截面形貌可供观察，并且，在磨抛过程中一般不会出现片状剥落的情况。热喷涂粉的流动性会影响热喷涂粉在镶嵌平面内的均匀分布，对镶嵌体积比也略有影响。流动性差的热喷涂粉与镶嵌用胶木粉吸附较好可以采用此范围内高值镶嵌，而流动性好的热喷涂粉为保证不出现片状剥落情况且在磨抛时更好处理最好采用此范围内低值镶嵌。
（2）粒度细的热喷涂粉，粉末与镶嵌用胶木粉体积可达达到 2.0:1，在磨抛过程仍不会出现剥落现象，并且样品在镶嵌面内分布均匀。
2 样品的磨抛
样品的磨抛是是金相制样中很重要的一个阶段，可以将样品表面去除显露内部结构或将被切割的试样在切割时受损的部分去除得到我们想要的观察镜面[1]。
在传统的金相制样中大都采用人工夹持试样在水砂纸或金刚石研磨盘上研磨，通过水砂纸或金刚石从粗到细的转换，最后经呢绒抛光布上抛光得到我们要求的平面效果。这样的方法对制样人员要求较高，且一次只能磨抛一个试样效率很低。采用机械制样可以减少对制样人员的要求和依赖，一次可以制得较多样品提高效率[6]。
在热喷涂粉机械制样过程中发现，样品的机械研磨（金刚石研磨盘从 180μm 到 10μm 目）可以快速的达到制样要求，效果和效率与手工研磨相比都高出很多，优势明显。但在样品的机械自动抛光中，要达到理想的制样要求需要花上较多的时间甚至难以达到理想的试样要求，与手工制样相比优势不明显。通过仔细研究观察发现，在手工制样时，制样人员会根据样品情况在样品精抛光时适当调整抛光压力以便快速达到满足要求的抛光面；而在机械自动制样中，机器是根据设定好的转速压力抛光，不会根据试样情况适时改变压力[7]。为此，我们根据热喷涂粉手工制样的经验，将机械抛光的最后一步即精抛光分为两步，对其抛光压力进行适当调整，保持转速和滴液条件不变看是否可以快速的达到镜面要求。因不同致密程度即不同松装密度的粉末具有不同的硬度，对抛光压力的要求也略有不同[8]。以下的实验用不同致密程度的热喷涂粉在镶嵌和研磨条件一致的情况下，仅仅通过改变精抛光压力看是否达到理想的制样要求。研磨条件如下：
（1）金刚石研磨盘 :180μm； 转速 :300 /150转 / 分钟 ( 同向 )； 压力 :35N； 时间 :2 分钟；
（2）金刚石研磨盘 :76μm； 转速 :300 /150转 / 分钟 ( 同向 )；压力 :35N；时间 :2 分钟；
（3）金刚石研磨盘 :25μm；转速 :300 /150转 / 分钟 ( 同向 )；压力 :30N； 时间 :2 分钟；
（4）金刚石研磨盘 :10μm；转速 :300 /150转 / 分钟 ( 同向 )；压力 :30N；时间 :2 分钟；
表 2 中括号内 1，2，3 所代表的内容为抛光时的其它条件：
（1）：锻面抛光布，3μm金刚石研磨抛光液；转速 :300 /150 转 / 分钟 ( 同向 )；时间 :3 分钟；
（2）：锻面抛光布，1μm金刚石研磨抛光液；转速 :300 /150 转 / 分钟 ( 同向 )；时间 :2 分钟；精抛光采用相同和逐渐减小的抛光压力所获得的多孔和致密粉末截面的金相照片分别如下图4 和图 5 所示。
观察下面图 4 可知，实验 1 中的多孔型热喷涂粉颗粒在磨抛结束后颗粒边缘没有完全清晰的显现，颗粒内部的孔隙也略有拖拽的痕迹甚至有些颗粒没有显现完全；实验 2 中的致密热喷涂粉颗粒在磨抛结束后裂痕没有完全去除，边缘也不够清晰，均未达到制样要求。
观察下面图 5 可知，实验 3 中的多孔型热喷涂粉颗粒在磨抛结束后颗粒边缘完全清晰的显现出来，颗粒内部的孔隙也没有明显的拖拽痕迹，颗粒完全清晰的显现出来；实验 4 中的致密热喷涂粉颗粒在磨抛结束后裂痕已经完全去除，边缘清晰显现，颗粒完全显现。
通过上述对比实验我们可发现在其它研磨条件不变的情况下，将最后一步精抛光再分为两步并适当降低后一步的压力即可快速制得满足要求的试样。
3 结语
（1）热喷涂粉粒度对其与镶嵌料的体积比影响较大，粒度较粗的热喷涂粉在体积比在 1.4:1到 1.6:1 之间时可以使粉末在镶嵌面内较均匀的分布，粒度较细的热喷涂粉在粉末与镶嵌料体积比达到 200% 时仍能在镶嵌面内均匀分布。
（2）流动性差的热喷涂粉更容易在镶嵌面内均匀分布。
（3）不要求尽可能多的呈现热喷涂粉颗粒时适当的降低粉末与镶嵌料的体积比可以降低磨抛难度。
（4）机械研磨中，在其它研磨条件不变的情况下，将最后一步精抛光分为两步并适当降低后一步的压力可快速高效制得满足观察要求的试样。
参考文献略
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