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金相观察中的化学浸蚀现象

金相试样显微组织的显示方法多种多样，归纳起来可分为三种方法：光学法、化学（ 或电化学） 法和物理法。实际操作过程中，最常用的金相试样显微组织的显示方法是化学浸蚀法，最常用的化学浸蚀剂为4%的硝酸酒精溶液。

传统观念认为纯金属与单相合金的浸蚀纯粹是一个化学溶解过程，即磨面表层的原子被溶入浸蚀剂中。在溶解过程中，由于晶粒与晶粒之间、晶粒与晶界之间溶解速度的不同，组织就被显示出来。浸蚀剂首先把磨面表层的非晶形层溶去，接着就对晶界起化学溶解作用。因为在晶界上原子排列的规律性较差，位在晶界上的原子具有较高的自由能，所以晶界处较易浸蚀而呈沟壑。试样经过晶界浸蚀以后，在显微镜下已显示出纯金属或固溶体的多面体晶粒，见图1。

图1 晶界浸蚀

若使浸蚀继续进行，则浸蚀剂将对晶粒本身起溶解作用。金属原子的溶解多是沿着原子排列最密的面进行的，由于磨面上每个晶粒原子排列的位向不同，所以每一颗晶粒的溶解速度并不一致，而且浸蚀以后每颗晶粒都将按原子排列最密的面露出表面，也就是说每颗晶粒浸蚀后的平面与原来磨面倾斜了一定的角度。在垂直光线的照射下，显示出明暗不一的晶粒，见图2。

图2 晶粒继续浸蚀

在实际显微组织观察过程中，所观察到的浸蚀现象与上述观念有一定的冲突。为了正确认识化学浸蚀现象，我们进行了浸蚀试样分析。

Q:

为什么通过浸蚀可以看到金属的晶界？是因为相对于基体来说，晶界更容易被腐蚀吗？那么为什么晶界容易被腐蚀呢？是因为晶界的成分与基体不同吗？

A:

如果是多相组织，不同相的耐腐蚀程度不同，比如说渗碳体和铁素体，渗碳体不耐腐蚀。如果是单相组织，晶界处耐腐蚀性能差，因为晶界原子排列不规律，晶界能比较高。就像三不管地区比较混乱一样。

1、浸蚀可以看到晶界的原因就是因为腐蚀速率的差异。
2、晶界确实更容易被腐蚀。
3、晶界一方面是有偏析，也是成分原因，另一方面是本身的结构问题。因为这里是个界面，界面本身的活性和基体是不同的。
4、同样金相腐蚀中，不同晶粒的色泽差异，也是因为腐蚀速率不同，以及暴露到表面时位于不同的晶面上（不同晶面性质不同）。
5、从本质上来讲，腐蚀，是溶液的粒子对固体表面粒子在基体上的争夺过程。   而且不是单个粒子间的相互作用，是数个溶液粒子对一个基体表面粒子的争夺。基体粒子的状态不同，分离需要的合力不同，当需要的合力小时，只需要少数溶液粒子协同作用，所以，就会反应快；反之则反应慢，

晶界的排列比较混乱，晶界能量较高。同时晶界处杂质也多，更易形成微电池腐蚀。

对于纯金属及单相合金，浸蚀是一个纯化学溶解过程，晶界上原子排列混乱，能量较高，易于被浸蚀而呈现凹沟；对于两相及以上的，浸蚀是一个电化学腐蚀过程，各组成相的成分不同使得电极电位不同，构成微电池，阳极被溶解成凹坑，阴极不受浸蚀保留。

正是不同组织的耐蚀性不同，产生了凸凹，对光的反应各异，从而让我们能分辨之。