一种硬质合金中钴相xrd分析用样品的制备方法
阅读说明：本技术 一种硬质合金中钴相xrd分析用样品的制备方法 (Preparation method of sample for cobalt phase XRD analysis in hard alloy ) 是由 王书明 曹瑞军 赵敏丹 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种硬质合金中钴相XRD分析用样品的制备方法,属于XRD样品制备技术领域。切取硬质合金的待测样品,依次采用由粗到细的4道砂纸对待测面进行磨光处理,每道砂纸磨至样品表面划痕均匀且处于一个方向时,更换下一道砂纸,同时,将试样旋转90°,继续打磨；最后用无水乙醇清洗；将磨好的样品连接电源正极,铜板连接负极,置于电解液中进行电解,电解液包括氢氧化钠、酒石酸钠、柠檬酸钠、高氯酸和去离子水等；将样品取出,依次用稀盐酸和去离子超声清洗。本发明采用选择性电解侵蚀,去除WC相,保留Co相,可以很好地对Co的晶体结构进行解析,同时本方法操作简便。(The invention relates to a preparation method of a sample for cobalt phase XRD analysis in hard alloy, belonging to the technical field of XRD sample preparation. Cutting a hard alloy sample to be tested, sequentially polishing the surface to be tested by adopting 4 abrasive papers from coarse to fine, replacing the next abrasive paper when each abrasive paper is ground until the scratches on the surface of the sample are uniform and are in one direction, and simultaneously rotating the sample by 90 degrees for continuous polishing; finally, washing with absolute ethyl alcohol; connecting the ground sample with a positive electrode of a power supply, connecting a copper plate with a negative electrode, and placing the sample in an electrolyte for electrolysis, wherein the electrolyte comprises sodium hydroxide, sodium tartrate, sodium citrate, perchloric acid, deionized water and the like; the sample was taken out and washed with dilute hydrochloric acid and deionized ultrasound in sequence. The method adopts selective electrolytic erosion to remove the WC phase and reserve the Co phase, can well analyze the crystal structure of Co, and is simple and convenient to operate.)
技术领域
本发明涉及一种硬质合金中钴相XRD分析用样品的制备方法，属于XRD样品制备技术领域。
背景技术
硬质合金具有较高的硬度和耐磨性，主要由WC和少量的Co组成，WC作为主体相，具有很高的硬度，热稳定性，但颗粒间难以烧结成型，因而加入Co作为粘结相烧结成型。W在Co晶格中存在一定的固溶度，一方面，初始温度越高，W的固溶度越大；另一方面，随着温度的降低，固溶度逐渐减小，因此烧结温度和冷却速度均会影响最终Co相的固溶量。
W的固溶一方面会改变Co的力学性能，影响最终合金的硬度和热稳定性。另一方面，W的固溶降低了Co高温相FCC(面心立方)的热力学稳定性，将Co的固态相变点升至730℃，高温相会转变为HCP密排六方低温相，并保留至室温。但另一方面，W在FCC中为置换固溶体，在HCP中为间隙固溶体，造成两者的自由能差减小，低温非扩散型相变点也会降低，又会减少低温下FCC向HCP的转变量。
可以看出，W的固溶会影响Co的性能和固态转变，产生较为复杂的影响。对Co相晶体结构的解析是研究硬质合金性能与微观组织结构关系的关键。然而，Co在硬质合金中的比例较小，多为6％以下，在X射线衍射分析时，除了最强衍射峰外，其他的均淹没在背景中，难以开展相关研究。
发明内容
本发明针对Co在硬质合金中的比例较小，难于进行X射线衍射分析的问题，提供了一种硬质合金中Co粘结相XRD分析用样品的制备方法，采用选择性电解侵蚀，去除WC相，保留Co相，以便对Co的晶体结构进行解析，本方法操作简便。
一种硬质合金中钴相(粘结相)XRD分析用样品的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制电解液：电解液包括氢氧化钠、酒石酸钠、柠檬酸钠和去离子水，每100mL去离子水中加入15～20g氢氧化钠，2～5g酒石酸钠，1～2g柠檬酸钠；根据硬质合金具体特性，还可添加高氯酸，每100mL去离子水中加入1～2mL高氯酸；
(2)切取硬质合金的待测样品，依次采用由粗到细的4道砂纸对待测面进行磨光处理，每道砂纸磨至样品表面划痕均匀且处于一个方向时，更换下一道砂纸，同时，将试样旋转90°，继续打磨；最后用无水乙醇清洗；
(3)将磨好的样品连接电源正极，纯铜板连接负极，置于电解液中，电解电压为7～10V，电流为0.5～1A，电解40～60分钟；
(4)将样品取出，用水清洗，然后置于稀盐酸中超声清洗20～40秒；
(5)置于去离子水中，超声清洗20～40秒，最后用吹风机吹干。
步骤(2)中，依次采用150#，500#，1200#，2500#砂纸对待测面进行磨光处理；样品制备时，可以根据表面质量要求，在磨光处理后还可增加抛光工艺过程。
步骤(3)中，电解时，电解液温度控制在25～50℃，若电解液的温升过大，可采用增加水浴来控制电解液的温度。
步骤(3)中，硬质合金样品连接电源时，电源线接头要置于电解液的外部，不能将电源线接头淹没于电解液中。
步骤(4)中，稀盐酸的浓度为1～5vol.％。
有益效果：
1、本发明中在电解液中加入酒石酸钠和柠檬酸钠，有助于络合OH-，缓和对硬质合金的局部电解速度，少量的高氯酸有助于提高对碳化钨和Co的界面侵蚀能力。
2、本发明中采用7～10v的电解电压，既能保证较快的选择性侵蚀碳化钨，又能减少Co的破坏。
3、本发明中采用稀盐酸超声清洗，有助于充分清洗电解液及电解产物残留，避免其对检测结果的影响。
本发明采用选择性电解侵蚀，去除WC相，保留Co相，可以很好地对Co的晶体结构进行解析，同时本方法操作简便。
附图说明
图1为本发明实验装置示意图。
图2为本发明硬质合金选择性侵蚀不同时间的XRD图。
图3-1至图3-3为本发明实施例1-3中选择性侵蚀后的硬质合金微观形貌。
主要附图标记说明：
1 硬质合金试棒 2 铜板
3 电解液 4 绝缘热缩管
5 直流稳压电源
具体实施方式
本发明首先切取硬质合金样品，并依次采用150#，500#，1200#，2500#砂纸对待测面进行打磨，然后按照一定比例配制氢氧化钠、酒石酸钠等电解液，并以硬质合金为正极，铜板为负极，电解电压7～10V，电解40～60分钟，最后依次用稀盐酸和去离子超声清洗。
按照本发明的方法制备硬质合金中粘结相XRD分析用样品，包括以下具体步骤：
(1)配制电解液：按照每100mL去离子水，氢氧化钠：15～20g，酒石酸钠：2～5g，柠檬酸钠1～2g，高氯酸1～2mL的比例，配制电解液。根据硬质合金具体特性，可不添加高氯酸。
(2)准备样品：切取适量硬质合金，依次采用150#，500#，1200#，2500#砂纸对待测面打磨，每道砂纸磨至样品表面划痕均匀且处于一个方向时，更换下一道砂纸，同时，将试样旋转90°，继续打磨。最后用无水乙醇清洗。样品制备时，可以根据表面质量要求，增加抛光工艺过程。
(3)电解：如图1所示，本发明采用的电解实验装置包括电解槽和直流稳压电源5，电解液3置于电解槽中，电解时，硬质合金试棒1作为正极，置于电解槽上部的电解液3中，铜板2作为负极，放置在电解槽下部的电解液3中，连接铜板的导线采用绝缘热缩管4与电解液3隔开。
将磨好的样品连接电源正极，纯铜板连接负极，置于电解液中，电解电压7～10V，电流0.5～1A。电解40～60分钟。电解时，电解液温度控制在25～50℃，若电解液的温升过大，可增加水浴。硬质合金样品连接电源时，切勿将电源线接头淹没于电解液中。
(4)清洗：关闭电源，将样品取出，用水清洗，然后置于1～5％稀盐酸中并超声清洗20～40秒。再置于去离子水中，超声20～40秒，最后用吹风机吹干。
实施例1
首先切取硬质合金样品(钴含量为6wt％)，并对待测面进行打磨，然后配置电解液，进行选择性电解侵蚀，最后清洗。包括以下具体步骤：
步骤一、配制电解液，去离子水：100mL，氢氧化钠：15g，酒石酸钠：2g，柠檬酸钠1g，高氯酸1mL。
步骤二、切取直径5mm，长度15mm烧结硬质合金试棒。
步骤三、依次采用150#，500#，1200#，2500#砂纸对端面打磨，并在抛光机上抛光，抛光膏采用W2.5金刚石抛光膏。
步骤四、将上述样品连接电源正极，纯铜板连接负极，置于电解液中，电解电压10V。电解液温度控制在25℃，若电解液的温升过大，可采用水浴来控制电解液的温升。分别电解20分钟、40分钟、60分钟，用于XRD分析电解时间不同，WC相的剥离程度。
步骤五、将样品取出，用水清洗，然后置于2vol.％稀盐酸中超声清洗20秒。并更换去离子水，重新超声20秒，最后用吹风机吹干。
实施例2
首先切取硬质合金样品(钴含量为10wt％)，并对待测面进行打磨，然后配置电解液，进行选择性电解侵蚀，最后清洗。包括以下具体步骤：
步骤一、配制电解液，去离子水：100mL，氢氧化钠：18g，酒石酸钠：3g，柠檬酸钠1.5g，高氯酸1.5mL。
步骤二、切取直径5mm，长度15mm烧结硬质合金试棒。
步骤三、依次采用150#，500#，1200#，2500#砂纸对端面打磨，并在抛光机上抛光，抛光膏采用W2.5金刚石抛光膏。
步骤四、将上述样品连接电源正极，纯铜板连接负极，置于电解液中，电解电压9V。电解50分钟。电解液温度控制在30℃，若电解液的温升过大，可采用水浴来控制电解液的温升。
步骤五、将样品取出，用水清洗，然后置于5vol.％稀盐酸中超声清洗40秒。并更换去离子水，重新超声20秒，最后用吹风机吹干。
实施例3
硬质合金(钴含量为12wt％)中粘结相XRD分析用样品的制备方法，该制备方法的具体步骤是：
步骤一、配制电解液，去离子水：100mL，氢氧化钠：20g，酒石酸钠：5g，柠檬酸钠2g，高氯酸2mL。
步骤二、切取三个直径5mm，长度15mm烧结硬质合金试棒。
步骤三、依次采用150#，500#，1200#，2500#砂纸对端面打磨，并在抛光机上抛光，抛光膏采用W2.5金刚石抛光膏。
步骤四、将上述样品连接电源正极，纯铜板连接负极，置于电解液中，电解电压8V，电解40分钟。电解液温度控制在35℃，若电解液的温升过大，可采用水浴来控制电解液的温升。
步骤五、将样品取出，用水清洗，然后置于1vol.％稀盐酸中并超声清洗30秒。并更换去离子水，重新超声30秒，最后用吹风机吹干。
对实施例1-3制备得到的试样进行微观形貌和XRD分析：
1)将得到的试样分别置于XRD衍射仪上扫描，如图2所示为实施例1中硬质合金样品XRD扫描结果，从上到下依次是未处理样品、电解20分钟、40分钟、60分钟处理后样品的XRD扫描结果，由图3中可以看出，采用本发明方法，随着电解时间的增加，碳化钨的衍射峰逐渐减弱，钴的峰逐渐增强，表明本方法电解40-60分钟可以有效去除碳化钨，有助于钴的晶体结构分析。
2)将实施例1～3得到的试样分别进行电镜扫描分析，如图3-1至图3-3所示，可以看出，经过不低于40分钟的电解，各实施例均能较好的去除WC硬质相。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
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