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2024

【材料课堂】锡及其合金的金相制备方法

作者：

一、材料概述

锡（Stannum），元素符号为Sn，元素周期表第IV主族元素，相对原子质量为118.69，原子序数50。金属锡有灰锡、白锡和脆锡3种同素异形体，其莫氏硬度仅为3.75，是最柔软的金属之一，具有良好的展性，但延性差。常温下，金属锡主要以白锡形式存在，呈银白色；当温度低于13.2℃时开始转变为灰锡，在-30℃的温度下，晶型转变速度达到最大值，锡块迅速变成粉末，称为锡疫现象。

以锡为基加入其他合金元素组成的有色合金。主要合金元素有铅、锑、铜等。锡合金熔点低，强度和硬度均低，它有较高的导热性和较低的热膨胀系数，耐大气腐蚀，有优良的减摩性能，易于与钢、铜、铝及其合金等材料焊合，是很好的焊料，也是很好的轴承材料。

金相检验是锡合金产品质量检验和工艺研究的重要手段。锡及其合金的再结晶温度较低，为避免热镶产生重结晶一般使用冷镶嵌法固定；同时锡及其合金的硬度非常低，在研磨时很容易发生嵌入以及后续的抛光也会有难以消除的微小划痕。针对以上难点必须有恰当的措施来避免以获得良好的金相。

二、制备指南

切割

由于锡很软所以锡的切割很容易进行，可以使用特鲁利S系列切割片进行切割。不同尺寸的试样应选择相应的设备，如有条件应尽可能使用自动切割机在脉冲模式下进行切割，可以获得比手切更好的效果。切割过程中切削液一定要充分喷淋。

TableCUT-200 手自一体切割机

S系列树脂基碳化硅切割片

镶嵌

锡及其合金的再结晶温度较低，为避免热镶造成再结晶使原始组织发生变化一般使用发热峰值较低的冷镶嵌树脂进行镶嵌?？梢允褂霉袒俣确浅？斓难强肆κ髦逑?，如TJ2210AB；或环氧体系的TJ2562，虽然其固化时间较长，但是峰值放热温度最高不会超过32℃。树脂浇注后将试样置于压力锅中进行固化会使镶嵌的结果更优，如消除树脂中的气泡。

Theta Mount 压力冷镶嵌机

TJ2210 亚克力树脂

TJ2562 环氧慢型树脂

磨抛

镶嵌好的试样可以从P800碳化硅砂纸磨起，研磨要充分，确保将上道研磨产生的变形层去除。某些锡合金尤其是纯锡的硬度非常软，在研磨时很容易嵌入研磨颗粒，此时可在砂纸的表面涂抹上一层低温蜡来有效防止嵌入的发生。

由于纯锡或锡合金的塑性非常好，若使用硬的机织布配合金刚石抛光液的话很容易发生研磨颗粒的嵌入，所以一般推荐使用绒布加上氧化铝抛光液进行粗抛，但是在高倍下仍可以观察到细微的划痕。若果想要在高倍下也获得非常光滑的表面那么就需要对试样进行振动抛光。

磨料	碳化硅砂纸 P800、P1200、P2000、P2500	ET-JP抛光布	ZN-ZP抛光布
润滑	水	0.05μm AO-W氧化铝抛光液	0.05μm AO-439 二氧化硅抛光液
压力/N	10	20	15
转速/rmp	90/90	80/150	80/120
转向	同向	同向	同向
时间	2min	5-10min	1-2min
以上工艺适用于φ30mm试样；用二氧化硅抛光时最后15s用水冲洗抛光； *推荐最后增加一道振动抛光以获得无划痕表面。