Metalografie jako nástroj pro analýzu vad na výrobcích

Metalografie je vědní obor zabývající se strukturou kovových materiálů. Pomáhá nám získat informace nejen o struktuře (velikost a tvar zrn, obsah vměstků, pórů…), ale také o povaze vad jak na povrchu, tak uvnitř materiálu. V metalografii jsou k analýze hojně využívány mikroskopické metody, nejčastěji optická a elektronová mikroskopie. Samostatně nebo v kombinaci s analytickými metodami jako je například rentgenová spektroskopie.

Metalografický výbrus

Vzorek pro metalografickou analýzu se nazývá metalografický výbrus. Při jeho přípravě je důležité zohlednit to, co chceme charakterizovat (vadu, strukturu materiálu…). V případě lakovaných vzorků také předúpravu, nátěr a v neposlední řadě také zvolenou metodu analýzy.

Metalografický výbrus - vzorek

Prvním krokem přípravy vzorku je jeho odběr. Velmi často jeden vzorek dostatečně nevystihuje charakterizovaný materiál či vadu, proto je třeba vzorků připravit více. Vzorky se oddělují nejčastěji na metalografických pilách. Při dělení materiálu těmito pilami dochází k intenzivnímu vývoji tepla, což může vést k deformaci vzorku. Tento jev se eliminuje rychlostí řezání a přívodem chladicí kapaliny.

Pila pro řezání vzorků

Lisování za studena a za tepla

Dalším krokem je tzv. preparace, která usnadňuje manipulaci se vzorkem v následujících krocích. Preparace je běžně prováděna dvěma způsoby, zaléváním za studena nebo lisováním za tepla. Při přípravě za studena se vzorek umístí do formy a zalije se vytvrzovací hmotou, která se nechá ztuhnout. Formy se vyrábí nejčastěji z polypropylenu nebo silikonu. Zalévací hmoty jsou nejčastěji na bázi epoxidových, akrylátových nebo polyesterových pryskyřic v práškové nebo tekuté formě. Pryskyřice se mísí s vytvrzovacím činidlem v předepsaném poměru. Pro lepší zalití vzorku lze proces doplnit vakuovou impregnací. Doba polymerace se pohybuje od desítek minut po desítky hodin, pro urychlení procesů lze využít UV vytvrzování.

Lisování za tepla lze použít pro tepelně stabilní vzorky, které nejsou příliš křehké. Vytvrzování probíhá ve speciálních píckách za vysoké teploty a tlaku. Pro lepší kontrast při finální analýze lze přidat v obou procesech do pryskyřice malý přídavek pigmentu.

Broušení vzorku

Poté následuje broušení zalitého vzorku. Broušení můžeme provádět buď ručně, nebo mechanicky pomocí speciálního stroje (metalografická bruska a leštička), kde je vzorek upevněn v držáku motorizované hlavy. Při broušení dochází k intenzivnímu úběru vzorku. Jeho cílem je dosáhnout rovinného povrchu s minimálním poškozením. K broušení jsou nejčastěji využívány korundové (Al2O3), karborundumové (SiC) nebo diamantové (C) disky a papíry různých zrnitostí. Obecně platí, čím tvrdší materiál vzorku, tím tvrdší volíme brusivo. Jelikož při broušení dochází k vývoji tepla, je třeba přivádět chladicí medium, nejčastěji se používá voda.

Leštění vzorku

Další operací je leštění, jehož účelem je odstranění rýh po broušení. Provádí se obvykle třemi způsoby – mechanicky, chemicky či elektrolyticky.

U mechanického leštění jsou využívány speciální textilní plátna, na něž je nanášena lešticí prášková suspenze nebo pasta na vodní či alkoholové bázi, která zároveň slouží jako chladicí medium. Lze využít celou řadu částic různého chemického složení, nejběžnější jsou však korund nebo diamant. Pro finální doleštění lze použít suspenzi o kyselém či zásaditém pH, která mírně naleptá povrchovou vrstvu.

Elektrolytické leštění funguje na principu anodického rozpouštění povrchových vrstev vzorku ponořeného v elektrolytu. Na rozdíl od mechanického leštění ale není univerzální. Po leštění můžeme přistoupit k samotné analýze, při níž můžeme pozorovat různé defekty (trhliny, póry…) nebo počet vrstev a spoustu dalšího. Potřebujeme-li ale znát mikrostrukturu vzorku, následuje leptání.

Popraskaná vrstva                                                                       Bubliny v nátěru

Leptání

Leptání je nejcitlivější krok celé přípravy metalografického výbrusu. Při leptání se nechá působit chemické činidlo na povrchu vzorku, čímž dojde ke zvýraznění struktury. Rozlišujeme tři základní typy leptání – na hranici zrn, plošné leptání a selektivní leptání. Leptadlo volíme dle materiálu vzorku a pozorované struktury.

Na připraveném metalografickém vzorku kromě vad základního materiálu můžeme také analyzovat stav předúpravy, pozinkované, eloxované či lakované vrstvy. Konktrétně pak analyzujeme jejich celistvost, případný výskyt prasklin, bublin či dalších nedostatků. Kromě pozorování vad můžeme také změřit tloušťku a určit počet vrstev. Všechny tyto informace nám napomůžou v lepší identifikaci příčin vad a poskytnutí poradenství při jejich nápravě.

Zajímá-li vás stav základního materiálu či povrchové úpravy, chcete znát tloušťku naneseného povlaku nebo vás trápí vyskytující se defekty? Obraťte se na nás, naše laboratoř je moderně vybavená a rádi vám pomůžeme.