本發明涉及一種金相腐蝕劑及其在顯示鋼材中碳化物、晶界方面的應用，屬于金屬材料的化學法刻蝕技術領域。

　　背景技術：

　　隨著工業技術不斷進步，模具鋼的服役環境變得越來越苛刻，這對模具鋼提出了更高的性能要求。研究表明，模具鋼的強化是細晶強化和碳化物析出強化等多種強化機制綜合作用相互疊加的結果。因此，如何獲得鋼中碳化物分布情況以及晶粒的大小是研發高性能模具鋼的主要途徑之一。

　　現有技術中，吳曉春等(低溫處理對3crmocowv熱作模具鋼中碳化物的影響.吳曉春等，機械工程材料，2012，36卷10期，70-73頁.)采用4％hno3酒精溶液對3crmocowv熱作模具鋼中進行腐蝕，得到鋼中的碳化物分布情況。李晨輝等(新型冷作模具鋼sdc99性能，李晨輝等，材料熱處理學報，2013,34卷4期，80-84頁)采用4％hno3酒精溶液對cr2mov模具鋼進行了腐蝕，觀察了鋼中碳化物分布情況。但4％hno3酒精腐蝕液對模具鋼的晶界不產生腐蝕行為，必須重新制樣腐蝕晶界才可對鋼的晶粒度大小進行測定。申請公布號為cn102465296a的中國發明專利申請公開了一種金相腐蝕劑，由鹽酸、硝酸、乙酸和水組成，該金相腐蝕劑適用于g3合金鋼，但是腐蝕結果僅僅對晶界有作用，而對鋼中碳化物則不腐蝕。申請公布號為cn103628062a的中國發明專利申請公開了一種腐蝕劑，由以下按照質量百分比計的組分組成：苦味酸：8～15％、十二烷基苯磺酸鈉：8～12％、銅：0～1.5％其余為水，采用該腐蝕劑對鋼進行腐蝕，能夠顯示鋼中的晶界，但不能腐蝕鋼中的碳化物。為了能夠同時觀察鋼中碳化物在晶界和晶內的分布狀況，需要一種能夠同時腐蝕鋼材的晶界和基體以顯示碳化物和晶界的金相腐蝕劑。

　　技術實現要素：

　　本發明的目的是提供一種能同時腐蝕模具鋼或普通碳鋼中碳化物和晶界的金相腐蝕劑。

　　本發明還提供一種上述金相腐蝕劑在顯示鋼材中碳化物、晶界方面的應用。

　　為了實現以上目的，本發明的金相腐蝕劑所采用的技術方案是：

　　金相腐蝕劑，由苦味酸、表面活性劑a、表面活性劑b和以下體積份數的原料制成：醋酸酐3～5份、甲醇60～75份和水20～40份；每1ml甲醇對應采用0.2～0.4g苦味酸；所述表面活性劑a為十二烷基苯磺酸鈉；所述表面活性劑b為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基醇酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚中至少一種；所述苦味酸、表面活性劑a和表面活性劑b的質量比為1～8:3～6:0.2～0.5。

　　所述表面活性劑b為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基醇酰胺和壬基酚聚氧乙烯醚的混合物。所述混合物中脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基醇酰胺和壬基酚聚氧乙烯醚的質量比為0～5:0～10:0～10。

　　金相腐蝕劑對模具鋼進行腐蝕后，表面活性劑的疏水基對基體、碳化物進行接觸，保護其繼續受到金相腐蝕劑腐蝕；此外，表面活性劑還能破除晶界處疏水基對材料的保護，而繼續讓晶界受到腐蝕。

　　本發明的金相腐蝕劑的原料采用苦味酸和醋酸酐可以避免金相腐蝕劑的酸性過強，同時制得的金相腐蝕劑中的苦味酸和醋酸的氫離子的電離起到相互促進的作用，進而增強了金相腐蝕劑的酸性，又可以避免酸性過弱，使其能夠被用來顯示模具鋼中碳化物并腐蝕出晶界。利用本發明的金相腐蝕劑可實現模具鋼中碳化物及晶界形貌快速、清晰、真實的顯示。

　　本發明的金相腐蝕劑的制備方法，包括以下步驟：取配方量的各原料，將苦味酸、醋酸酐和甲醇加入水中混合均勻，然后再加入剩余的原料混合均勻，即得。

　　本發明的技術方案還在于：上述金相腐蝕劑在顯示鋼中碳化物、晶界方面的應用。

　　所述金相腐蝕劑在顯示鋼材中碳化物、晶界方面的應用：包括以下步驟：將具有拋光面的鋼材浸入金相腐蝕劑中腐蝕至拋光面變色，取出后進行清洗、干燥。

　　所述變色是指拋光面變為銀色、灰色或銀灰色。

　　鋼材的拋光面是通過將模具鋼進行打磨、拋光產生的。

　　優選的，將金相腐蝕劑加熱至60～100℃后再將鋼材浸入金相腐蝕液進行腐蝕。鋼材在60～100℃的金相腐蝕劑中腐蝕的時間為3～10s。

　　所述加熱采用酒精燈、磁力攪拌器或其他加熱方式進行加熱。采用磁力攪拌器進行加熱時，磁力攪拌器的功率為3kw。

　　所述清洗采用的中性液體。所述中性液體為酒精、丙酮、去離子水中的一種。

　　所述干燥為烘干或常壓下自然干燥。所述烘干的溫度為60～80℃，時間為10～30s。

　　本發明的金相腐蝕在顯示模具鋼中碳化物、晶界方面的應用時，能夠對鋼材中晶界和基體進行腐蝕，腐蝕后顯微組織上能同時顯現出碳化物的析出位置和晶粒的大小。將本發明的金相腐蝕劑用于顯示模具鋼中碳化物、晶界時，反應速度適中，腐蝕時間易于掌控，腐蝕劑相對穩定，重現性較好。

　　附圖說明

　　圖1為實施例1的金相腐蝕劑對cr12mov鋼腐蝕后的拋光面的sem圖；

　　圖2為實施例2的金相腐蝕劑對4cr5mosiv1鋼腐蝕后的拋光面的sem圖。

　　具體實施方式

　　以下結合具體實施方式對本發明的技術方案作進一步的說明。

　　具體實施方式中所采用的苦味酸、醋酸酐和甲醇均為分析純。

　　實施例1

　　本實施例的金相腐蝕劑，由苦味酸、表面活性劑a、表面活性劑b和以下體積份數的原料制成：醋酸酐5份、甲醇60份和水20份；每1ml甲醇對應采用0.3g苦味酸；所述表面活性劑a為十二烷基苯磺酸鈉；所述表面活性劑b為十二烷基醇酰胺和壬基酚聚氧乙烯醚的混合物，十二烷基醇酰胺和壬基酚聚氧乙烯醚的質量比為5:5；所述苦味酸、表面活性劑a和表面活性劑b的質量比為5:4:0.2。

　　本實施例的金相腐蝕劑的制備方法，包括以下步驟：取配方量的各原料，將苦味酸和醋酸酐加入甲醇中混合均勻，然后再加入剩余的原料混合均勻，即得。

　　本實施例的金相腐蝕劑在顯示鋼材中碳化物、晶界方面的應用，包括以下步驟：將線切割得到的尺寸為30×30×20mm的cr12mov模具鋼進行打磨、拋光形成具有拋光面的模具鋼待腐蝕樣品；再采用ds-101s集熱式恒溫加熱磁力攪拌器在3kw的功率下將金相腐蝕劑加熱至80℃，然后將模具鋼待腐蝕樣品浸入金相腐蝕劑中，對拋光面腐蝕10s，此時拋光面呈銀灰色，取出，然后用酒精清洗至清洗液呈中性，再用濾紙輕輕擦拭干凈，并用烘干機吹干。

　　用掃描電鏡觀察本實施例中經過腐蝕后的cr12mov模具鋼的拋光面，結果如圖1所示。由圖1可知，白色顆粒為cr12mov模具鋼中的碳化物，其中碳化物主要有vc，cr7c3，cr23c6，mo2c等構成，而細小的曲線則為cr12mov模具鋼中的晶界。

　　實施例2

　　本實施例的金相腐蝕劑，由苦味酸、表面活性劑a、表面活性劑b和以下體積份數的原料制成：醋酸酐3份、甲醇75份和水40份；每1ml甲醇對應采用0.4g苦味酸；所述表面活性劑a為十二烷基苯磺酸鈉；所述表面活性劑b為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基醇酰胺和壬基酚聚氧乙烯醚的混合物，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基醇酰胺和壬基酚聚氧乙烯醚的質量比為5:0.1:10；所述苦味酸、表面活性劑a和表面活性劑b的質量比為8:6:0.5。

　　本實施例的金相腐蝕劑的制備方法同實施例1。

　　本實施例的金相腐蝕劑在顯示鋼材中碳化物、晶界方面的應用，包括以下步驟：將線切割得到的尺寸為30×30×20mm的4cr5mosiv1模具鋼(經過1020℃淬火+580℃×20min二次回火處理)進行打磨、拋光形成具有拋光面的模具鋼待腐蝕樣品；再采用ds-101s集熱式恒溫加熱磁力攪拌器在3kw的功率下將金相腐蝕劑加熱至100℃，然后將模具鋼待腐蝕樣品浸入金相腐蝕劑中，對拋光面腐蝕3s，此時拋光面呈銀灰色，取出，然后用丙酮清洗至清洗液呈中性，再用濾紙輕輕擦拭干凈，然后在常壓下自然干燥。

　　用掃描電鏡觀察本實施例中經過腐蝕后的4cr5mosiv1模具鋼的拋光面，結果如圖2所示。從圖2可以看到腐蝕后拋光面顯微組織中針狀馬氏體、回火析出的細小球狀碳化物，以及細小曲線顯示的晶界。

　　實施例3

　　本實施例的金相腐蝕劑，由苦味酸、表面活性劑a、表面活性劑b和以下體積份數的原料制成：醋酸酐4份、甲醇70份和水30份；每1ml甲醇對應采用0.3g苦味酸；所述表面活性劑a為十二烷基苯磺酸鈉；所述表面活性劑b為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基醇酰胺和壬基酚聚氧乙烯醚的混合物，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基醇酰胺和壬基酚聚氧乙烯醚的質量比為5:10:1；所述苦味酸、表面活性劑a和表面活性劑b的質量比為8:4:0.3。

　　本實施例的金相腐蝕劑的制備方法同實施例1。

　　本實施例的金相腐蝕劑在顯示鋼材中碳化物、晶界方面的應用，包括以下步驟：將線切割得到的尺寸為30×30×20mm的4cr5mosiv1模具鋼進行打磨、拋光形成具有拋光面的模具鋼待腐蝕樣品；再采用ds-101s集熱式恒溫加熱磁力攪拌器在3kw的功率下將金相腐蝕劑加熱至60℃，然后將模具鋼待腐蝕樣品浸入金相腐蝕劑中，對拋光面腐蝕8s，此時拋光面呈銀灰色，取出，然后用去離子水清洗至清洗液呈中性，再用濾紙輕輕擦拭干凈，并用烘干機在70℃干燥20s。

　　實施例4

　　本實施例的金相腐蝕劑，由苦味酸、表面活性劑a、表面活性劑b和以下體積分數的原料制成：醋酸酐5份、甲醇60份和水20份；每1ml甲醇對應采用0.2g苦味酸；所述表面活性劑a為十二烷基苯磺酸鈉；所述表面活性劑b為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉；所述苦味酸、表面活性劑a和表面活性劑b的質量比為1:3:0.2。

　　本實施例的金相腐蝕劑的制備方法同實施例1。

　　實施例5

　　本實施例的金相腐蝕劑，由苦味酸、表面活性劑a、表面活性劑b和以下體積分數的原料制成：醋酸酐4.5份、甲醇60份和水25份；每1ml甲醇對應采用0.2g苦味酸；所述表面活性劑a為十二烷基苯磺酸鈉；所述表面活性劑b為十二烷基醇酰胺；所述苦味酸、表面活性劑a和表面活性劑b的質量比為3:4:0.4。

　　本實施例的金相腐蝕劑的制備方法同實施例1。

　　實施例6

　　本實施例的金相腐蝕劑，由苦味酸、表面活性劑a、表面活性劑b和以下體積份數的原料制成：醋酸酐4份、甲醇70份和水30份；每1ml甲醇對應采用0.3g苦味酸；所述表面活性劑a為十二烷基苯磺酸鈉；所述表面活性劑b為壬基酚聚氧乙烯醚；所述苦味酸、表面活性劑a和表面活性劑b的質量比為6:4:0.3。

　　本實施例的金相腐蝕劑的制備方法同實施例1。

　　技術特征：

　　技術總結

　　本發明涉及一種金相腐蝕劑及其在顯示鋼材中碳化物、晶界方面的應用，屬于金屬材料的化學法刻蝕技術領域。本發明的金相腐蝕劑，由苦味酸、表面活性劑A、表面活性劑B和以下體積份數的原料制成：醋酸酐3～5份、甲醇60～75份和水20～40份；每1ml甲醇對應采用0.2～0.4g苦味酸；所述表面活性劑A為十二烷基苯磺酸鈉；所述表面活性劑B為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基醇酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚中至少一種；所述苦味酸、表面活性劑A和表面活性劑B的質量比為1～8:3～6:0.2～0.5。利用本發明的金相腐蝕劑可實現鋼材中碳化物及晶界形貌快速、清晰、真實的顯示。

　　技術研發人員：王要利;宋克興;張彥敏;張學賓;皇濤;宋宇;陳賽;王文超;劉建波;賈天琪;刁國寧;喬興雨;劉銳;屈龍鳳;何慧慧;鄭宇聰

　　受保護的技術使用者：河南科技大學

　　技術研發日：2017.08.22

　　技術公布日：2017.12.29