纯铜的枝晶腐蚀剂的制备方法及应用

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2024-11-05 15:28:08

权利要求

1. 一种纯铜的枝晶腐蚀剂的制备方法，其特征在于，所述枝晶腐蚀剂由苦味酸、氯化亚锡、三氯化铁、盐酸、无水乙醇用蒸馏水配制而成;所述蒸馏水的体积、无水乙醇的体积、盐酸的体积、苦味酸的质量、氯化亚锡的质量和三氯化铁的质量之用量比例为(50~100)mL：(30~50)mL：(10~30)mL：(1~3)g：(1~3)g：(5~15)g; 所述制备方法包括如下步骤：

①按试剂含量要求取蒸馏水与无水乙醇混合均匀作为底液，将盐酸加入底液中，搅拌均匀;

②将苦味酸、氯化亚锡依次加入步骤①配制的溶液中，搅拌均匀;

③将三氯化铁加入步骤②配制的溶液中，搅拌均匀，保证三氯化铁完全溶解在溶液中，形成纯铜的枝晶腐蚀剂。

2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述氯化亚锡、三氯化铁为晶体状态，纯度达到分析纯以上。

3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述盐酸的浓度为30%~35%。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述方法制得的纯铜的枝晶腐蚀剂。

5.一种如权利要求4所述纯铜的枝晶腐蚀剂的应用，其特征在于，所述应用过程包括如下步骤：

①试样准备：按照金相观测要求，将纯铜试样检测面磨制、抛光，粗糙度Ra达到0.8μm以下，然后用洗洁精及大于50℃热水洗涤吹干备用;

②按照上述配制方法，配制纯铜的枝晶腐蚀剂，并且静止半小时以上后再使用;

③使用时，用脱脂棉球沾取所述腐蚀剂均匀擦拭抛光好的试样检测面，且需反复多次擦拭，直至检测面产生清晰的枝晶组织;

④而后立即用大于50℃热水冲洗检测面，热风机吹干;然后进行凝固枝晶组织的分析与评价。

6.根据权利要求5所述纯铜的枝晶腐蚀剂的应用，其特征在于，步骤①所述磨制、抛光采用机械磨抛机。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于冶金分析技术领域，具体涉及一种纯铜的枝晶腐蚀剂的制备方法及应用。

背景技术

[0002]硫印检验、热酸腐蚀和电解腐蚀低倍检验方法已有很多年历史，人们经常使用这三种方法进行模铸钢锭、钢坯和钢材的低倍检验工作。自连铸投产以来，这三种方法也经常在连铸坯和钢材的检验工作中应用。为了满足生产的进一步需求，近些年又研发出冷酸腐蚀和枝晶腐蚀低倍检验方法。其中，热酸腐蚀、冷酸腐蚀、硫印检验可显示铸坯或铸锭的内部偏析和疏松、裂纹等缺陷，但不能显示凝固的枝晶组织。枝晶检验是将试样铣磨、磨削、抛光后，在室温条件下，使用特定的腐蚀溶液，浇蚀或擦蚀试样检验面，腐蚀几分钟后，便可显示铸坯凝固组织和缺陷，通过肉眼观察，再结合扫描照相放大观察，即可准确判断铸坯凝固组织和缺陷，由于其低污染、效率高、可获得结晶组织等特点，被迅速推广使用。

[0003]结晶组织是指低倍检验试样上反映出的结晶状况，通常由三部分构成：表层的细晶粒结构、中间的柱状晶结构(又称为树枝晶)、中心的等轴晶结构。由于层与层之间存在不同厚度的过渡带，因此各层的边界区分不能很精确。

[0004]枝晶腐蚀检验技术可以较准确地计算出等轴晶率，这是传统低倍检验方法很难实现的。与传统检验方法比较，枝晶腐蚀检验方法不仅能够清晰地显示连铸坯的凝固组织，而且不扩大、不缩小，可以准确地显示连铸坯原样的各类缺陷，为冶炼生产工艺参数(如过热度、辊缝、压下量)调整提供了重要依据，从而确保了连铸坯内在质量得到有效控制。

[0005]而现有的技术和研究中对纯铜的枝晶显示方法少有提及，因此，亟需提供一种显示纯铜铸态枝晶形貌的腐蚀剂及方法，用于纯铜铸造工艺下铸态组织的质量评估，以达到在铸造过程中，铸坯或铸锭凝固优化改善质量的目的。

发明内容

[0006]为了解决上述现有技术存在的瓶颈问题，本发明目的在于提供一种用于显示纯铜的枝晶腐蚀剂及其制备方法，可显示纯铜铸坯或铸锭的凝固枝晶组织，包括表层的细晶粒结构、中间的柱状晶结构、中心的等轴晶结构。用于纯铜铸造工艺下铸态组织的质量评估，以达到在铸造过程中，铸坯或铸锭凝固优化改善质量的目的。

[0007]为了实现上述发明目的，本发明提供了一种纯铜的枝晶腐蚀剂的制备方法，所述枝晶腐蚀剂由苦味酸、氯化亚锡、三氯化铁、盐酸、无水乙醇，用蒸馏水配制而成;所述蒸馏水的体积、无水乙醇的体积、盐酸的体积、苦味酸的质量、氯化亚锡的质量和三氯化铁的质量之用量比例为(50~100)mL：(30~50)mL：(10~30)mL：(1~3)g：(1~3)g：(5~15)g。例如，1份纯铜的枝晶腐蚀剂的各种化学试剂(及其分子式)的质量和体积配比具体如下：

苦味酸C6H3N3O7，1~3 g;

氯化亚锡SnCl2·2H2O，1~3 g;

三氯化铁FeCl3·6H2O，5~15 g;

无水乙醇C2H5OH，30~50 ml;

盐酸 HCl，10~30 ml;

蒸馏水H2O，50~100 ml。

[0008]进一步地，在上述技术方案中，所述氯化亚锡、三氯化铁均为晶体状态，纯度达到分析纯以上;所述盐酸的浓度为30%~35%，所述盐酸的浓度优选为32.3%。

[0009]选取蒸馏水作为溶剂，加入无水乙醇起到缓蚀作用，防止过度腐蚀，显示出显微组织形貌，影响枝晶组织观察。三氯化铁及苦味酸对晶界腐蚀性较好，氯化亚锡溶于溶剂后形成的锡离子电极电位高于铜离子，可促进腐蚀，利于枝晶显示，氯离子可降低铜表面钝化膜形成的可能或加速钝化膜的破坏，促进局部腐蚀。

[0010]所述纯铜的枝晶腐蚀剂的制备方法，包括如下步骤：

①按试剂含量要求取蒸馏水与无水乙醇混合均匀作为底液，将盐酸加入底液中，搅拌均匀;

②将苦味酸、氯化亚锡依次加入步骤①配制的溶液中，搅拌均匀;

③将三氯化铁加入步骤②配制的溶液中，搅拌均匀，保证三氯化铁完全溶解在溶液中，形成纯铜的枝晶腐蚀剂。

[0011]一种上述方法制得的纯铜的枝晶腐蚀剂。

[0012]一种上述纯铜的枝晶腐蚀剂的应用，所述应用过程包括如下步骤：

①试样准备：按照金相观测要求，将纯铜试样检测面磨制、抛光，粗糙度Ra需达到0.8μm以下，然后用洗洁精及大于50℃热水洗涤吹干备用。磨制、抛光可采用机械磨抛机或手持式磨抛机。

[0013]②按照上述配制方法，配制纯铜的枝晶腐蚀剂，并且需经半小时以上静止后方可使用。

[0014]③使用时，用脱脂棉球沾取所述腐蚀剂均匀擦拭抛光好的试样检测面，且需反复多次擦拭，保证检测面不产生腐蚀产物沉积，直至检测面产生清晰的枝晶组织。

[0015]④而后立即用大于50℃热水冲洗检测面，热风机吹干;然后进行低倍检验。

[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果：

①能够清晰显示纯铜铸坯或铸锭的凝固枝晶组织，包括表层的细晶粒结构、中间的柱状晶结构、中心的等轴晶结构。

[0017]②通过肉眼观察，再结合扫描照相放大观察，即可准确判断铸坯凝固组织，用于评估纯铜铸造工艺下铸态组织的质量。

[0018]③该技术具有检验速度快、效率高、操作简便等特点，解决了纯铜枝晶组织难以腐蚀显现的难题。

附图说明

[0019]图1 为实施例1采用本发明腐蚀剂腐蚀的纯铜锭枝晶组织形态图;

图2 为实施例2采用本发明腐蚀剂腐蚀的纯铜锭枝晶组织形态图;

图3 为实施例3采用本发明腐蚀剂腐蚀的纯铜锭枝晶组织形态图。

具体实施方式

[0020]以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。为免赘述，以下实施例中原材料若无特别说明则均为市售产品，所用方法若无特别说明则均为常规方法。

[0021]一种纯铜的枝晶腐蚀剂的制备方法，所述枝晶腐蚀剂由苦味酸、氯化亚锡、三氯化铁、盐酸、无水乙醇用蒸馏水配制而成;所述蒸馏水的体积、无水乙醇的体积、盐酸的体积、苦味酸的质量、氯化亚锡的质量和三氯化铁的质量之用量比例为(50~100)mL：(30~50)mL：(10~30)mL：(1~3)g：(1~3)g：(5~15)g。

[0022]下述实施例中未说明之处，均与上述具体实施方式的说明内容相同。

[0023]实施例1

一种纯铜的枝晶腐蚀剂的制备方法，所述枝晶腐蚀剂(1份)由苦味酸、氯化亚锡、三氯化铁、无水乙醇、盐酸，用蒸馏水配制而成;各种化学试剂(及其分子式)的质量和体积配比具体如下：

苦味酸C6H3N3O7，1.8 g;

氯化亚锡SnCl2·2H2O，1.8g;

三氯化铁FeCl3·6H2O，7 g;

无水乙醇C2H5OH，40 ml;

盐酸HCl，15 ml;

蒸馏水H2O，80 ml。

[0024]所述氯化亚锡、三氯化铁均为晶体状态，纯度达到分析纯，所述盐酸的浓度为32.3%。

[0025]所述制备方法包括如下步骤：

①按试剂含量要求取80 ml蒸馏水与40 ml无水乙醇混合均匀作为底液，将15 ml盐酸加入底液中，搅拌均匀;

②将1.8 g苦味酸、1.8 g氯化亚锡依次加入步骤①配制的溶液中，搅拌均匀;

③将7 g三氯化铁加入步骤②配制的溶液中，搅拌均匀，保证三氯化铁完全溶解在溶液中，形成纯铜的枝晶腐蚀剂。

[0026]一种上述纯铜的枝晶腐蚀剂的应用，所述应用过程包括如下步骤：

①试样准备：切取纯铜铸锭底部半截面，尺寸约10 cm见方;按照金相观测要求，将纯铜试样检测面分别用120#、400#、800#砂纸磨制，而后用粒度2.5μm的金刚石抛光机抛光，粗糙度Ra达到0.6μm;然后用洗洁精及55℃热水洗涤吹干备用。

[0027]②按照上述制备方法，配制纯铜的枝晶腐蚀剂，并且经一小时静止。

[0028]③使用时，用脱脂棉球沾取所述腐蚀剂均匀擦拭抛光好的试样检测面，经约2 min的反复多次擦拭，保证检测面不产生腐蚀产物沉积，直至检测面产生清晰的枝晶组织。

[0029]④而后立即用55℃热水冲洗检测面，热风机吹干;然后进行低倍检验。

[0030]实施例1采用上述技术方案进行纯铜铸锭枝晶组织的检验，检验结果如图1所示，可以清晰的显示出纯铜试样的枝晶组织，包括1-表层的细晶区，2-中间的柱状晶区，3-中心的等轴晶区;并可以通过计算得出该铸锭样品的等轴晶率为25%。获得高比例的等轴晶组织是减少铸锭偏析的有效方法，根据等轴晶率及枝晶组织粗细可指导调整过热度等凝固过程的关键参数。

[0031]实施例2

一种纯铜的枝晶腐蚀剂的制备方法，所述枝晶腐蚀剂(1份)由苦味酸、氯化亚锡、三氯化铁、盐酸、无水乙醇，用蒸馏水配制而成;各种化学试剂(分子式)的质量和体积配比具体如下：

苦味酸C6H3N3O7，1 g;

氯化亚锡SnCl2·2H2O，1 g;

三氯化铁FeCl3·6H2O，5 g;

无水乙醇C2H5OH，30 ml;

盐酸HCl，10 ml;

蒸馏水H2O，50 ml。

[0032]所述氯化亚锡、三氯化铁均为晶体状态，纯度达到分析纯，所述盐酸的浓度为30%。

[0033]所述制备方法包括如下步骤：

①按试剂含量要求取50 ml蒸馏水与30 ml无水乙醇混合均匀作为底液，将10 ml盐酸加入底液中，搅拌均匀;

②将1 g苦味酸、1 g氯化亚锡依次加入步骤①配制的溶液中，搅拌均匀;

③将5 g三氯化铁加入步骤②配制的溶液中，搅拌均匀，保证三氯化铁完全溶解在溶液中，形成纯铜的枝晶腐蚀剂。

[0034]一种上述纯铜的枝晶腐蚀剂的应用，所述应用过程包括如下步骤：

①试样准备：按照金相观测要求，将纯铜试样检测面磨制、抛光，粗糙度Ra达到0.7μm，然后用洗洁精及60℃热水洗涤吹干备用。磨制抛光采用机械磨抛机。

[0035]②按照上述配制方法，配制纯铜的枝晶腐蚀剂，并且经45 min静止后方可使用。

[0036]③使用时，用脱脂棉球沾取所述腐蚀剂均匀擦拭抛光好的试样检测面，且需反复多次擦拭，保证检测面不产生腐蚀产物沉积，直至检测面产生清晰的枝晶组织。

[0037]④而后立即用60℃热水冲洗检测面，热风机吹干;然后进行低倍检验。

[0038]实施例2采用上述技术方案进行纯铜铸锭枝晶组织的检验，检验结果如图2所示，可以清晰的显示出纯铜试样的枝晶组织，包括1-表层的细晶区，2-中间的柱状晶区，3-中心的等轴晶区;并可以通过计算得出该铸锭样品的等轴晶率为64%。获得高比例的等轴晶组织是减少铸锭偏析的有效方法，根据等轴晶率及枝晶组织粗细可指导调整过热度等凝固过程的关键参数。

[0039]实施例3

一种纯铜的枝晶腐蚀剂的制备方法，所述枝晶腐蚀剂(1份)由苦味酸、氯化亚锡、三氯化铁、盐酸、无水乙醇，用蒸馏水配制而成;各种化学试剂(分子式)的质量和体积配比具体如下：

苦味酸C6H3N3O7，3 g;

氯化亚锡SnCl2·2H2O，3 g;

三氯化铁FeCl3·6H2O，15 g;

无水乙醇C2H5OH，50 ml;

盐酸HCl，30 ml;

蒸馏水H2O，100 ml。

[0040]所述氯化亚锡、三氯化铁均为晶体状态，纯度达到分析纯以上，所述盐酸的浓度为35%。

[0041]所述制备方法包括如下步骤：

①按试剂含量要求取100 ml蒸馏水与50 ml无水乙醇混合均匀作为底液，将30 ml盐酸加入底液中，搅拌均匀;

②将3 g苦味酸、3 g氯化亚锡依次加入步骤①配制的溶液中，搅拌均匀;

③将15 g三氯化铁加入步骤②配制的溶液中，搅拌均匀，保证三氯化铁完全溶解在溶液中，形成纯铜的枝晶腐蚀剂。

[0042]一种上述纯铜的枝晶腐蚀剂的应用，所述应用过程包括如下步骤：

①试样准备：按照金相观测要求，将纯铜试样检测面磨制、抛光，粗糙度Ra达到0.6μm，然后用洗洁精及60℃热水洗涤吹干备用。磨制抛光采用手持式磨抛机。

[0043]②按照上述制备方法，配制纯铜的枝晶腐蚀剂，并且经1.5小时静止后方可使用。

[0044]③使用时，用脱脂棉球沾取所述腐蚀剂均匀擦拭抛光好的试样检测面，且需反复多次擦拭，保证检测面不产生腐蚀产物沉积，直至检测面产生清晰的枝晶组织。

[0045]④而后立即用60℃热水冲洗检测面，热风机吹干;然后进行低倍检验。

[0046]实施例3采用上述技术方案进行纯铜铸锭枝晶组织的检验，检验结果如图3所示，可以清晰的显示出纯铜试样的枝晶组织，包括1-表层的细晶区，2-中间的柱状晶区，3-中心的等轴晶区;并可以通过计算得出该铸锭样品的等轴晶率为14%。获得高比例的等轴晶组织是减少铸锭偏析的有效方法，根据等轴晶率及枝晶组织粗细可指导调整过热度等凝固过程的关键参数。

[0047]实施例4

一种纯铜的枝晶腐蚀剂的制备方法，所述枝晶腐蚀剂(1份)由苦味酸、氯化亚锡、三氯化铁、盐酸、无水乙醇，用蒸馏水配制而成;各种化学试剂(分子式)的质量和体积配比具体如下：

苦味酸C6H3N3O7，1 g;

氯化亚锡SnCl2·2H2O，3 g;

三氯化铁FeCl3·6H2O，8 g;

无水乙醇C2H5OH，45 ml;

盐酸HCl，20 ml;

蒸馏水H2O，90 ml。

[0048]所述氯化亚锡、三氯化铁均为晶体状态，纯度达到分析纯以上，所述盐酸的浓度为35%。

[0049]所述制备方法包括如下步骤：

①按试剂含量要求取90 ml蒸馏水与45 ml无水乙醇混合均匀作为底液，将20 ml盐酸加入底液中，搅拌均匀;

②将1 g苦味酸、3 g氯化亚锡依次加入步骤①配制的溶液中，搅拌均匀;

③将8 g三氯化铁加入步骤②配制的溶液中，搅拌均匀，保证三氯化铁完全溶解在溶液中，形成纯铜的枝晶腐蚀剂。

[0050]一种上述纯铜的枝晶腐蚀剂的应用，所述应用过程包括如下步骤：

①试样准备：按照金相观测要求，将纯铜试样检测面磨制、抛光，粗糙度Ra达到0.6μm，然后用洗洁精及56℃热水洗涤吹干备用。磨制抛光采用手持式磨抛机。

[0051]②按照上述制备方法，配制纯铜的枝晶腐蚀剂，并且经1.4小时静止后方可使用。

[0052]③使用时，用脱脂棉球沾取所述腐蚀剂均匀擦拭抛光好的试样检测面，且需反复多次擦拭，保证检测面不产生腐蚀产物沉积，直至检测面产生清晰的枝晶组织。

[0053]④而后立即用56℃热水冲洗检测面，热风机吹干;然后进行低倍检验。

[0054]实施例4采用上述技术方案进行纯铜铸锭枝晶组织的检验，可以清晰的显示出纯铜试样的枝晶组织，包括1-表层的细晶区，2-中间的柱状晶区，3-中心的等轴晶区;并可以通过计算得出该铸锭样品的等轴晶率为24%。获得高比例的等轴晶组织是减少铸锭偏析的有效方法，根据等轴晶率及枝晶组织粗细可指导调整过热度等凝固过程的关键参数。

[0055]实施例5

一种纯铜的枝晶腐蚀剂的制备方法，所述枝晶腐蚀剂(1份)由苦味酸、氯化亚锡、三氯化铁、盐酸、无水乙醇，用蒸馏水配制而成;各种化学试剂(分子式)的质量和体积配比具体如下：

苦味酸C6H3N3O7，3 g;

氯化亚锡SnCl2·2H2O，1 g;

三氯化铁FeCl3·6H2O， 9 g;

无水乙醇C2H5OH，35 ml;

盐酸HCl，25 ml;

蒸馏水H2O，70 ml。

[0056]所述氯化亚锡、三氯化铁均为晶体状态，纯度达到分析纯以上，所述盐酸的浓度为35%。

[0057]所述制备方法包括如下步骤：

①按试剂含量要求取70 ml蒸馏水与35 ml无水乙醇混合均匀作为底液，将25 ml盐酸加入底液中，搅拌均匀;

②将3 g苦味酸、1 g氯化亚锡依次加入步骤①配制的溶液中，搅拌均匀;

③将9 g三氯化铁加入步骤②配制的溶液中，搅拌均匀，保证三氯化铁完全溶解在溶液中，形成纯铜的枝晶腐蚀剂。

[0058]一种上述纯铜的枝晶腐蚀剂的应用，所述应用过程包括如下步骤：

①试样准备：按照金相观测要求，将纯铜试样检测面磨制、抛光，粗糙度Ra达到0.6μm，然后用洗洁精及58℃热水洗涤吹干备用。磨制抛光采用手持式磨抛机。

[0059]②按照上述制备方法，配制纯铜的枝晶腐蚀剂，并且经1.3小时静止后方可使用。

[0060]③使用时，用脱脂棉球沾取所述腐蚀剂均匀擦拭抛光好的试样检测面，且需反复多次擦拭，保证检测面不产生腐蚀产物沉积，直至检测面产生清晰的枝晶组织。

[0061]④而后立即用58℃热水冲洗检测面，热风机吹干;然后进行低倍检验。

[0062]实施例5采用上述技术方案进行纯铜铸锭枝晶组织的检验，可以清晰的显示出纯铜试样的枝晶组织，包括1-表层的细晶区，2-中间的柱状晶区，3-中心的等轴晶区;并可以通过计算得出该铸锭样品的等轴晶率为28%。获得高比例的等轴晶组织是减少铸锭偏析的有效方法，根据等轴晶率及枝晶组织粗细可指导调整过热度等凝固过程的关键参数。

[0063]对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。

说明书附图(3)