Quy trình và thiết bị chuẩn bị mẫu cho phân tích kim tương

Phân tích mẫu kim tương là gì?

Trên thực tế, đối với bất kỳ kim loại hoặc chất hóa học nào trong cấu trúc của chúng củng bao gồm nhiều thành phần khác nhau rất hiếm có một chất nào có độ tinh khiết 100% (Độ tinh khiết càng cao thì giá thành càng đắt đỏ). Ví dụ điển hình là các vật liệu được sử dụng trong sản xuất như: kim loại, nhựa, gốm sứ… các vật liệu này thường có độ tinh khiết không cao đơn giản vì các vật liệu dùng trong sản xuất thường được phối trộn để có thể tối ưu một số phẩm chất của nó sao cho phù hợp nhất với yêu cầu kỹ thuật của ứng dụng mà vật liệu mang lại.

Để dễ hiểu hơn Lidinco sẽ mang đến bạn một ví dụ minh họa

– Thép Các-Bon: Trong thành phần của loại thép này có các thành phần hóa học khác như: Mangan (Mn) 0.4 – 0.65%, Silic (Si) 0.12 – 0.3%, Lưu huỳnh (S), Phốt-Pho (P) < 0.07%. Các chất này thường chiếm các thành phần khác nhau trong thép giúp tăng cường một số đặc tính tốt như: chống ăn mòn, dễ hàn, không bị giòn…
– Thép hợp kim: là loại thép được bổ sung thêm các thành phần kim loại khác trong thành phần hóa học như: đồng (Cu), Crôm (Cr), Niken (Ni)… để tăng cường độ cứng, tính dai, tính năng cơ học và khả năng chống gỉ của thép

Do tính chất đó của các hợp chất hóa học từ đó ra đời một phương pháp giúp kiểm tra thành phần, cấu trúc sự phân bố các hạt trong mạng tinh thể, chiều dày lớp phủ, các khiếm khuyết trong cấu trúc,  để xem các hợp chất này có phù hợp và đúng yêu cầu sản xuất hay không. Phương pháp này gọi là phân tích kim tương.

Phân tích kim tương là phân tích các hợp chất hóa học dưới kính hiển vi dưới độ phóng đại cao để quan sát cấu trúc tế vi của nó từ đó tìm ra những lỗi hoặc những sai sót trong cấu trúc để có thể tiến hành điều chỉnh, sửa chữa cho đúng.

Để quá trình phân tích mẫu kim tương đạt hiệu quả và độ chính xác cao đòi hỏi phải trải qua nhiều bước khác nhau. Dưới đây là tổng quan các bước cho một quy trình chuẩn bị mẫu kim tương

• Cắt mẫu
• Đúc mẫu
• Mài mẫu
• Đánh bóng mẫu
• Phân tích mẫu dưới kính hiển vi
• Đánh giá kết quả và lập báo cáo

Các bước chuẩn bị mẫu cho phân tích kim tương

Cắt mẫu kim tương

Cắt mẫu là bước đầu tiên và củng là bước quan trọng nhất giúp giảm thiểu thời gian chuẩn bị mẫu. Đối với mỗi mẫu khác nhau bạn thường cần phân tích tại một vị trí xác định trên mẫu. Việc tiến hành cắt mẫu bằng các máy cắt chính xác càng gần với điểm càng phân tích sẽ giúp việc mài và đánh bóng được thực hiện nhanh hơn giúp tối ưu thời gian chuẩn bị mẫu.

Tuy nhiên, trong một quá trình cắt mẫu kim tương củng đòi hỏi nhiều kỹ thuật khác nhau người chuẩn bị mẫu phải có sự hiểu biết về các dạng mẫu. Ví dụ đối với các mẫu nhạy cảm với nhiệt độ cần sử dụng máy cắt tốc độ thấp để hạn chế sinh nhiệt trong quá trình cắt củng như sử dụng thêm dầu cắt gọt để giảm ma sát gây ra hoặc đối với các mẫu kim loại có độ cứng cao nên sử dụng máy cắt có tốc độ cao hơn. Bên cạnh đó, việc chọn lưỡi dao cắt phù hợp theo các đặc tính riêng của mẫu củng nên được chú trọng

Các lưu ý khác trong quá trình cắt mẫu kim tương
– Kẹp chặt mẫu bằng các bảng cố định mẫu trên thiết bị, việc kẹp chặt mẫu sẽ giảm thiểu rủi ro xảy ra trong quá trình cắt đặc biệt là hư hỏng lưỡi cắt
– Sử dụng phối hợp dầu cắt gọt để loại bỏ các mảnh vụn khỏi mẫu và làm mát quá trình cắt nên sử dụng loại dầu bôi trơn chất lượng cao để hạn chế cháy do tia lửa sinh ra trong quá trình cắt

Đúc mẫu

Sau khi cắt thúc quá trình cắt, kích thước của mẫu phân tích thường nhỏ, để quá trình mài đạt hiệu quả cao đòi hỏi cần phải tạo một khuôn đúc cho mẫu để có thể cố định mẫu dễ dàng hơn cho quá trình mài và đánh bóng. Quá trình đúc mẫu được chia thành hai loại: đúc mẫu nóng và đúc mẫu nguội tùy vào khả năng chịu nhiệt của các mẫu mà có thể linh động lựa chọn hình thức đúc mẫu.

   – Đúc mẫu nóng: là quá trình các máy đúc mẫu nóng để nén mẫu dưới nhiệt độ và ép suất cao. Các chất bao bọc để tạo khung cho mẫu có thể dưới dạng bột hoặc dạng nhựa. Phương pháp nón này thường phù hợp cho các vật liệu bằng kim loại, các mẫu chịu được nhiệt độ cao

   – Đúc mẫu nguội: là quá trình sử các loại nhựa Epoxy để đông đặc mẫu. Các lớp khuôn được tạo bằng quá trình đúc mẫu nguội thường có độ trong suốt cao hơn so với đúc nóng

Công dụng của quá trình đúc mẫu 

• Giữ đường biên cho mẫu, giúp mẫu không bị xê dịch trong quá trình mài, đánh bóng
• Sử dụng để bảo quản, ký hiệu mẫu
• Tạo ra các khuôn đúc giống nhau phù hợp với các khuôn giữ mẫu của các loại máy mài, đánh bóng

Lidinco có một bài viết chi tiết về quá trình đúc mẫu bạn nên tham khảo để hiểu rõ hơn về hai quy trình này, củng như các loại máy móc và chất sử dụng cho nó: Tổng quan về đúc mẫu nóng và đúc mẫu nguội

Mài và đánh bóng mẫu

Mài và đánh bóng mẫu là hai giai đoạn cuối cùng của quá trình chuẩn bị mẫu. Mẫu có đạt đủ tiêu chuẩn đểphân tích kim tương hay không phụ thuộc hầu hết vào quá trình này. Để đạt đủ điều kiện để phân tích kim tương mẫu phải đạt độ bóng hoàn hảo, hạn chế tối đa các vết xướt trên bề mặt (các vết xướt che phủ bề mặt cần phân tích).

Hai quá trình này cần phải tiến hành trên bề mặt có độ phẳng tuyệt đối để đạt hiệu quả cao nhất. Nên kiểm tra cẩn thận bánh mài của máy mài mẫu đã vào khớp chưa. Nếu bánh mài chưa vào khớp lực tác động từ trục giữ mẫu có thể làm gãy bánh mài gây hư hỏng nặng cho thiết bị

Mài mẫu kim tương: Quy trình mài thô mẫu (Grinding) giúp tiếp cận nhanh đến vị trí cần phải phân tích trên mẫu. Trong giai đoạn này để đạt hiệu quả tốt nhất cần phải chọn đúng loại giấy mài và bột mài phù hợp. Nếu khoảng cách đến vị trí phân tích còn khá xa khoảng vài mm nên cân nhắc chọn loại giấy mài và bột mài kim cương có độ grit thấp để mài nhanh đến vị trí cần phân tích tuy nhiên củng không nên làm dụng mà chọn loại giấy có độ grit quá thấp sẽ tạo ra các vết xướt lớn trên bề mặt khuôn có thể gây hại cho vị trí cần phân tích. Ngoài ra, việc tạo ra các vết xướt lớn củng có thể gây khó khăn cho quá trình đánh bóng, làm tiêu hao nhiều thời gian hơn.

Một số vật liệu tiêu hao thông dụng cho quá trình mài mẫu kim tương: giấy mài, bột mài kim cương, dung dịch mài kim cương, dầu mài

Đánh bóng mẫu kim tương: Đánh bóng mẫu là quá trình hoàn thiện cuối cùng cho việc phân tích kim tương. Quá trình đánh bóng được chia thành hai giai đoạn là đánh bóng thô và đánh bóng tinh.

• Đánh bóng thô: sau khi quá trình mài kết thúc trên bề mặt sẽ có nhiều vết xướt lớn. Quá trình đánh bóng thô giúp xử lý bề mặt giảm thiểu các vết xướt để quá trình đánh bóng tinh đạt hiệu quả tốt và thời gian nhanh hơn. Ở quá trình này các hạt đánh bóng tinh thể kim cương vẫn được ưu tiên chọn lựa thường là hạt kim cương đa tinh thể cho vết cắt tốt hơn. Việc chọn kích thước hạt cho quá trình đánh bóng thô phụ thuộc vào độ grit cuối của quá trình mài có thể thay đổi linh động tùy theo độ bóng cuối muốn đạt được.
• Đánh bóng tinh: Là quá trình hoàn thiện bề mặt cuối cùng, giúp bề mặt cần thiết đạt độ bóng cao nhất. Ở giai đoạn này thường sử dụng các hạt đánh bóng có kích thước từ 3µ – 0.05µ. Các bột hoặc dung dịch có thể sử dụng ở quá trình đánh bóng tinh thường là dung dịch nhôm ô-xít, keo silica, dung dịch kim cương đánh bóng.
• Ở công đoạn đánh bóng các loại giấy mài sẽ được thay thế bằng vải đánh bóng. Các loại vải đánh bóng có độ mịn cao khả năng giữ hạt tốt là một lựa chọn hoàn hảo cho quá trình đánh bóng cuối. Tuy nhiên, củng cần lưu ý tùy vào các loại vật liệu khác nhau cần chọn loại vải đánh bóng phù hợp

Mài và đánh bóng mẫu kim tương là một quá trình chiếm nhiều thời gian trong việc chuẩn bị mẫu kim tương do đó mọi sai sót xảy ra trong quá trình như: chọn sai loại giấy mài, bột kim cương, thời gian mài, đánh bóng… có thể gây ảnh hưởng đến mẫu cần phân tích dẫn đến phải chuẩn bị lại từ bước đầu. Nên chuẩn bị một lúc nhiều mẫu để hạn chế hư hỏng, chuẩn bị lại gây tốn thời gian.

Một số thông số có thể áp dụng cho việc mài và đánh bóng mẫu kim tương

• Nếu quá trình mài sử dụng giấy nhám có độ grit 1200 -> đánh bóng thô chọn hạt kim cương có kích thước khoảng 6μ -> đánh bóng tinh có thể sử dụng hạt kim cường từ 0.05µ đến 3µ
• Nếu quá trình mài sử dụng giấy nhám độ grit 600 -> đánh bóng thô chọn hạt cương có kich thước khoảng 14µ -> sau đó tiến hành đán bóng tinh ở kích thước 6µ -> có thể tiếp tục đánh bóng lên đến độ bóng cao hơn từ 0.05µ đến 3µ

Trên đây chỉ là hai ví dụ thường được Lidinco sử dụng nhiều nhất trong các bước đánh mẫu, cần thực hiện nhiều lần để quen với thao tác củng như lựa chọn đúng các loại bột và giấy mài như vậy tốc độ chuẩn bị mẫu để phân tích cho các mẫu của riêng bạn để đạt được tốc độ nhanh hơn

Phân tích mẫu kim tương dưới kính hiển vi và đánh giá kết quả

Sau khi mẫu đã đạt độ bóng cần thiết tiến hành phân tích cấu trúc mẫu dưới kính hiển vi theo các mức phóng đại khác nhau, xem cấu trúc và thành phần của mẫu đã đạt đủ các chỉ tiêu đề ra về thành phần các chất, về cấu tạo, các khiếm khuyết của mẫu.

Đánh giá mẫu chi tiết, lâp file Excel về các chỉ tiêu đánh giá đã đề ra xem thành phần mẫu đã phù hợp hay chưa, có lỗi hay không. Các loại kính hiển vi hiện đại ngày nay có độ phóng đại lên đến hàng ngàn lần và hiển thị trên màn hình máy tính giúp cho việc phân tích trở nên dễ dàng hơn

Tóm lại: Phân tích mẫu kim tương là một quy trình gồm nhiều bước khác nhau mỗi bước đều có những đặc điểm riêng cần lưu ý, quan trọng nhất là phải chọn các vật tư tiêu hao phù hợp với mẫu cần phân tích kim tương.

Các thiết bị cho việc chuẩn bị mẫu phân tích kim tương

Để đáp ứng được đa dạng về các nhu cầu trên cần lựa chọn một thương hiệu chuyên cung cấp các dòng sản phẩm, thiết bị về chuẩn bị mẫu có kinh nghiệm. Hiện tại, Allied High Tech là thương hiệu hàng đầu cung cấp các máy móc, thiết bị củng như vật liệu tiêu hao cho quá trình chuẩn bị mẫu kim tương. Các sản phẩm mà Allied cung cấp như

Liên hệ đến Lidinco để được hỗ trợ thêm thông tin về các quá trình mài, cắt mẫu và mua các sản phẩm của Allied High Tech với giá tốt nhất