金属铱金相试样的电解腐蚀

张晗亮　兰　涛

(西北有色金属研究院　西安710016)

摘　要：探讨了在适当的腐蚀介质中，对粉末冶金铱材样品进行交流电解腐蚀时，腐蚀因素(电流、电压、通电时间等)对腐蚀效果的影响。通过观察比较，找出了最佳电解腐蚀工艺。实验表明，在腐蚀介质中进行交流电解是铱材金相制作的快捷之路。

关键词：粉末冶金；铱材；电解腐蚀

　  金属铱以其优良的高温抗氧化、耐腐蚀、耐磨损等特性而著称，其耐蚀性堪称铂族元素之首，因此被广泛应用于化工、电子等行业制造热电偶、电阻线等。用金属铱制造的坩埚主要用于生长高熔点的氧化物单晶，如红宝石、钇铝石榴石等[1]。但是这种几乎不溶于任何酸、碱甚至连王水都对它无能为力的优良耐蚀性却给金相样品的制作带来了很大的困难。由于用普通的化学方法无法获得清晰的金相组织，人们通常只能借助于显微镜对样品进行宏观观察，难以了解其金相本质。本实验通过交流电解的方法，配以适当的腐蚀介质，成功地解决了上述难题，获得了清晰的粉末冶金铱材样品金相组织。

1　实验方法

将饱和的NaCl溶液与盐酸及氢氟酸按一定的比例配成混合溶液500mL，盛放在容积为1000mL的电解槽中；用接有电流计的0～220V可调式交流电源作为外部电解电源，电源的一端接在黑电板，另一端通过导线夹与样品相接，电解槽外为流动冷却水槽。腐蚀样品是经过机械抛光处理的2.0mm×10mm×10mm的粉末冶金铱板小块。该铱板样品是由通过铱粉→压制成形→烧结→包套→热等静压制→轧制等工序制成的板材上选取的。联接好电路后，施以不同的电压、电流及通电时间进行试验，将试验样品在显微镜下进行观察。试验装置如示意图1所示。

2　结果与讨论

通过调整电压控制电流，进行电解腐蚀实验，将腐蚀好的试样用清水冲去残液，再经浸有酒精的绸布轻拭腐蚀面，烘干后在显微镜下观察。

图1　电解装置示意图

1.电解槽；2.石墨电极；3.铱试样；4.电解液；52冷却水

2.1　腐蚀电压对铱材腐蚀效果的影响

保持腐蚀时间不变，改变腐蚀电压，观察腐蚀效果，结果如表1所示。

从表1可以看出，起始电压低于8V时，电流计没有显示；当电压大于10V时，电流计才有电流通过，并且同时可以观察到试样上有气泡出现。随着外加电压的增大，电流强度也随之增大。从实验观察结果看，随着电流强度的增大，腐蚀气泡增多，腐蚀强度增大，腐蚀速度加快。高电压、大电流，虽然可以缩短腐蚀时间，但腐蚀效果并不好，容易腐蚀过度，出现大量的腐蚀坑。

2.2　腐蚀时间对粉末冶金铱材腐蚀效果的影响

保持电压不变，改变通电时间，其腐蚀效果见表2。电压为10V时，电流强度与通电时间的关系见图2。

图2　电压10V时，电流强度和通电腐蚀时间的关系

　　表2和图2显示，当电压保持不变时，随着通电腐蚀时间的增加，电流强度有增加的趋势，这可能与样品的腐蚀程度有关。腐蚀最先是从晶界开始的，随着腐蚀时间的延长，腐蚀晶界加深，铱板腐蚀面与腐蚀液接触面积增大，腐蚀强度增加，腐蚀程度加深。这种现象的宏观表现就是随着连续腐蚀时间的延长，电流计上的电流强度指数上升，铱板样品上气泡增多。如果继续延长腐蚀时间，则腐蚀的不单是晶界而且还有金属基体。图3就说明这一现象。

图3　不同条件下的腐蚀结果

a.腐蚀前样品扫描；b.时间过长(×200)；c,电流过大(×200)；d.10V30min时的腐蚀效果(×200)

一般说来，溶液中氯离子的存在有利于活化腐蚀，使金属保持活化态或者变为活化态。通常所采用的电解腐蚀电源为直流电源，金属试样作为阳极，另一电压较正的材料作为阴极。在外接电压的作用下，原化学浸蚀法中试样各组分间所形成的微电池作用被外接电动势所控制，此时试样各种组织的显示取决于它们在该电解条件下阳极的溶解行为。处于低电位的相及相界优先溶解，而那些导电性不好的组分如夹杂氧化物等，因没有明显的溶解行为而凸出在试样的表面。交流电源与直流电源相比，它提供给电解试样的是周期性变化的脉冲电流而非单向直流电流。直流电解中只有阳极的溶解行为，而交流电解则试样和电极都被溶解。一般认为，在直流电解过程中，试样表面会形成一层粘滞层及固体膜。金属在阳极的溶解过程中达到一定的电流密度后，阳极的溶解速度超过溶解产物(金属离子)向溶液的扩散速度，因此在阳极表面附近将产生一层由金属阳离子与电解液中阴离子形成的高浓度盐的电解液层，即所谓的粘滞层。粘滞层的形成阻碍了电解的进行程度，如果要使电解维持，就需提高外加电压，从而产生较大的电解电流。对于金相样品的电解腐蚀，这样做会产生许多腐蚀坑。用交流电源作为外加电源，对金属样品来说，所受到的是周期性变化的脉冲电流的作用，使用直流电，其金属的溶解速度在相同条件下降低了一半，这样就消除了直流电解时产生的粘滞层现象，有利于金属样品的均匀腐蚀，从而得到理想的腐蚀效果。

在本实验中，当外接电压大于10V时，随着电压增加，溶液中的氢氧离子分解，析出O2或出现新的电解过程。在各种介质离子的共同作用下，金属铱以高价形式溶解，呈现出腐蚀电流增大现象，从而使腐蚀速度加快，腐蚀程度加剧。经实验发现，在电解腐蚀铱板样品时，电解电流控制在100～150mA范围内，腐蚀效果最佳。由于随着时间的延长，电流有所增大，而电解腐蚀主要与电流有关，所以亦可采用起始电压较大，随后逐渐降低电压的方法达到控制电流进行腐蚀的目的。

3　结论

(1) 适当介质中的交流电解是粉末冶金铱板金相样品腐蚀的快捷有效的方法；

(2) 100～150mA30min的电解腐蚀可得到清晰的粉末冶金铱板材组织；

(3) 交流电解腐蚀方法对于贵金属金相腐蚀经济有效。