一种针对薄、小样品的磨抛夹具及其磨抛方法与流程

本发明涉及材料磨抛技术领域，具体而言，涉及一种针对薄、小样品的磨抛夹具及其磨抛方法。

背景技术：

对材料进行微观尺度上的观测时，常需要使用扫描电镜、透射电镜等观察材料的微观组织结构，对材料进行测试。扫描电镜中的原位拉伸/疲劳试验对样品的要求，即样品尺寸/厚度不能太大，因为在扫描电镜中的加载装置载荷有限，样品表面状态要经抛光/腐蚀后以便于观察；透射电镜的样品需要电子束可以穿过，厚度需要在100nm以下，传统制备透射电镜样品的方法是先采用线切割切出厚度在0.5mm左右的薄片，经过机械研磨/抛光后至0.1mm左右，再经离子减薄或是电化学的方法减薄；对于某些特殊材料，如cmc小复合材料，样品尺寸有限，对其进行显微镜观察，需要对其抛光；在纳米压痕仪上对纤维推出试验的样品厚度需要足够小，以保证在设备的载荷范围内纤维能被推出。对于径向尺寸较小的样品，可采取热镶嵌或冷镶嵌的方式，将样品镶嵌入树脂，手持镶样进行磨抛，但是当磨抛到树脂厚度较小时，手持进行磨抛容易伤手；对于径向尺寸较大的样品，不适合进行树脂镶嵌，因此需要直接手持进行磨抛，但样品厚度较薄时，容易伤手。因此，需要设计一种适合对较薄样品进行磨抛的夹具。

现有技术中，专利cn106695554a“磨抛夹具”通过使用三个限位柱夹紧所需磨抛样品，该磨抛夹具可以根据单管芯激光二极管的尺寸变化自由调节，并可对多个磨抛夹具同时磨抛，磨抛效率高，并且可以达到很好的均匀性，但是，该磨抛夹具只适用于尺寸较大的样品，对于较薄较小的样品无法装夹，无法满足较薄较小的样品的磨抛需求。专利cn207147854u“金相试样磨抛万能夹具”通过对所需磨抛试样的上下和侧面进行约束，将样品固定于夹具中心，该夹具通过对样品施加周向压力和向下的压力将样品压在磨抛机上，但是该夹具的关键是周向施加压力，对于较薄或较小的样品，无法施加周向压力，因此不适合较小或较薄的样品的磨抛。专利cn207081596u“多形状磨抛夹具”通过收紧垫片在横向轨道凹槽、斜向轨道凹槽的移动使卡爪产生位移，收紧卡爪，对样品周向施加压力，使样品可以夹在卡爪上达到固定的效果，但是周向施加压力，很容易使一些各向异性的材料，比如陶瓷基复合材料破碎，并且夹具要夹紧，需要样品具有一定的厚度，对于要磨至0.3mm的样品，夹具甚至无法夹上样品，因此不适用于较薄或较小的样品。专利cn108555773a“一种超薄零件研磨抛光夹具”通过在夹具表面设施多个孔，通过负压吸附原理夹持零件，对于所需磨抛样品尺寸及材质无特殊要求，但是，该夹具结构复杂，使用时需配套气泵使用，进行抽真空操作，所需成本高，对于实验室内小批量样品的磨抛并不合适。

因此，有必要提供一种结构简单，成本低廉，并且可以同时满足对薄、小样品进行磨抛的夹具，实现对薄、小样品的高效稳定的磨抛。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是针对背景技术提出的问题，提供一种针对薄、小样品的磨抛夹具及其磨抛方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种针对薄、小样品的磨抛夹具，其中：包括磨抛夹具本体，磨抛夹具本体包括依次连接的左端手柄，样品粘贴段和右端手柄，样品粘贴段一面为胶面，用于黏贴薄、小样品，另一面为施力面，左端手柄和右端手柄均向施力面一侧弯折，使得样品粘贴段的胶面外凸，薄、小样品包括大径向尺寸试验件和小径向尺寸试验件，大径向尺寸试验件的一面能直接黏贴在样品粘贴段上，小径向尺寸试验件则镶嵌于镶嵌树脂中，与镶嵌树脂组成镶嵌试验件，镶嵌试验件的一面能直接黏贴在样品粘贴段上。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的磨抛夹具本体为一根海绵胶，左端手柄为样品粘贴段左侧的海绵胶以胶面对折形成，右端手柄为样品粘贴段左侧的海绵胶以胶面对折形成。

上述的大径向尺寸试验件为径向尺寸大于30mm的试验件，小径向尺寸试验件为径向尺寸小于30mm的试验件。

一种针对薄、小样品的磨抛方法，包括大径向尺寸试验件磨抛步骤和小径向尺寸试验件磨抛步骤，其中，

大径向尺寸试验件磨抛步骤包括：

步骤一、选取一定长度的海绵胶，由左至右划定左侧海绵胶，样品粘贴段和右侧海绵胶，左侧海绵胶以胶面对折形成对折形成左端手柄，右侧海绵胶以胶面对折形成对折形成右端手柄，左端手柄和右端手柄均向施力面一侧弯折，使得样品粘贴段的胶面外凸；

步骤二、将大径向尺寸试验件a面粘附在样品粘贴段上，对大径向尺寸试验件b面进行打磨，打磨方式为先使用较粗的防水砂纸进行磨抛，磨抛时沿同一方向，产生方向一致的划痕，磨抛指定厚度时，换用较细砂纸，并垂直之前磨抛的方向，直至上一砂纸留下的划痕完全消失，再依次换用更细的型号的砂纸，每一型号砂纸磨抛都需将上一型号砂纸划痕磨去，磨抛至指定厚度位置后，对大径向尺寸试验件b面对进行抛光；

步骤三、在光学显微镜下进行观察，若视野中大径向尺寸试验件b面表面无划痕，磨抛结束；若样品表面仍残留有划痕，再次使用较细的砂纸进行研磨，并进行抛光，直至在光学显微镜下无划痕，大径向尺寸试验件b面磨抛结束；

步骤四、将大径向尺寸试验件从样品粘贴段上小心撕下，以步骤一的方式再制作一个磨抛夹具本体，将大径向尺寸试验件b面粘附在样品粘贴段上，对大径向尺寸试验件a面依步骤二和三中对大径向尺寸试验件b面磨抛的方式磨抛，磨抛结束后，大径向尺寸试验件从样品粘贴段上小心撕下，

步骤五、对大径向尺寸试验件进行超声水浴加热，除去磨抛过程残留在试验件上的杂质；晾干，大径向尺寸试验件磨抛完成；

小径向尺寸试验件磨抛步骤包括：

步骤a、选取一定长度的海绵胶，由左至右划定左侧海绵胶，样品粘贴段和右侧海绵胶，左侧海绵胶以胶面对折形成对折形成左端手柄，右侧海绵胶以胶面对折形成对折形成右端手柄，左端手柄和右端手柄均向施力面一侧弯折，使得样品粘贴段的胶面外凸；

步骤b、用冷镶嵌或热镶嵌将小径向尺寸试验件镶嵌于镶嵌树脂中，组成镶嵌试验件，手持镶嵌试验件进行初步磨抛，将镶嵌试验件磨抛至方便夹持在样品粘贴段上的厚度；

步骤c、将镶嵌试验件a面粘附在样品粘贴段上，对镶嵌试验件b面进行打磨，打磨方式为先使用较粗的防水砂纸进行磨抛，磨抛时沿同一方向，产生方向一致的划痕，磨抛指定厚度时，换用较细砂纸，并垂直之前磨抛的方向，直至上一砂纸留下的划痕完全消失，再依次换用更细的型号的砂纸，每一型号砂纸磨抛都需将上一型号砂纸划痕磨去，磨抛过程会将小径向尺寸试验件b面以及该面外包的树脂一并磨抛，当磨抛至指定厚度位置后，对小径向尺寸试验件b面对进行抛光；

步骤d、在光学显微镜下进行观察，若视野中小径向尺寸试验件b面表面无划痕，磨抛结束；若样品表面仍残留有划痕，再次使用较细的砂纸进行研磨，并进行抛光，直至在光学显微镜下无划痕，镶嵌试验件b面磨抛结束；

步骤e、将镶嵌试验件从样品粘贴段上小心撕下，以步骤一的方式再制作一个磨抛夹具本体，将镶嵌试验件b面粘附在样品粘贴段上，对镶嵌试验件a面依步骤二和三中对镶嵌试验件b面磨抛的方式磨抛，磨抛结束后，镶嵌试验件从样品粘贴段上小心撕下，

步骤f、使用树脂溶解液对镶嵌试验件进行溶解，去除小径向尺寸试验件外的镶嵌树脂，然后对小径向尺寸试验件进行超声水浴加热，除去磨抛过程残留在试验件上的杂质；晾干，小径向尺寸试验件磨抛完成。

本发明的有益效果是：

本发明提供的针对薄、小样品的磨抛夹具，可以有效改善由于样品太薄，用手指夹着薄、小样品磨抛时，容易对手指造成的磨伤的问题，有效的保护了手指，并且该夹具质地柔软，使得磨抛更加容易；

本发明提供的针对薄、小样品的磨抛夹具可以对两面正反两面都需要磨抛的薄、小样品进行磨抛，由于该夹具质地柔软，不会对已磨抛好的面造成任何损害。海绵胶粘在样品表面的污损可以通过超声水浴加热进行清洗，很好的保护了样品表面；

本发明提供的针对薄、小样品的磨抛夹具由全部由海绵胶构成，材料来源广泛。并且由于海绵胶价格低廉，因此可以大大降低磨抛成本；

本发明提供的针对薄、小样品的磨抛夹具更加的稳定和快速，由于海绵胶一面为可粘贴面，可以将样品较为牢固的粘在，可以保证磨抛过程中样品不会飞出磨抛机导致样品的遗失和损伤，因此可以保证磨抛过程的快速高效；

本发明提供的针对薄、小样品的磨抛夹具可以对大径向尺寸试验件磨抛，也可以对小径向尺寸试验件进行镶嵌后磨抛，实用面广。

附图说明

图1是径向尺寸较大试验件装配示意图；

图2是磨抛夹具结构三维视图；

图3是径向尺寸较大试验件结构示意图；

图4是镶嵌试验件装配图；

图5是径向尺寸较小试验件镶嵌结构示意图；

图6是磨抛夹具制作流程。

其中，附图标记为：磨抛夹具本体1、左端手柄11、右端手柄12、施力面13、样品粘贴段14、大径向尺寸试验件2、镶嵌试验件3、镶嵌树脂31、小径向尺寸试验件32。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

本实施例的一种针对薄、小样品的磨抛夹具，其中：包括磨抛夹具本体1，磨抛夹具本体1包括依次连接的左端手柄11，样品粘贴段14和右端手柄12，样品粘贴段14一面为胶面，用于黏贴薄、小样品，另一面为施力面，左端手柄11和右端手柄12均向施力面一侧弯折，使得样品粘贴段14的胶面外凸，薄、小样品包括大径向尺寸试验件2和小径向尺寸试验件32，大径向尺寸试验件2的一面能直接黏贴在样品粘贴段14上，小径向尺寸试验件32则镶嵌于镶嵌树脂31中，与镶嵌树脂31组成镶嵌试验件3，镶嵌试验件3的一面能直接黏贴在样品粘贴段14上。

实施例中，磨抛夹具本体1为一根海绵胶，左端手柄11为样品粘贴段14左侧的海绵胶以胶面对折形成，右端手柄12为样品粘贴段14左侧的海绵胶以胶面对折形成。

实施例中，大径向尺寸试验件2为径向尺寸大于30mm的试验件2，小径向尺寸试验件32为径向尺寸小于30mm的试验件2。

如图1所示，针对薄、小样品的磨抛夹具包括左端手柄11、右端手柄12、施力面13、样品粘贴面14。磨抛夹具本体1使用可以分为单手操作和双手操作：单手操作时，先将样品粘贴于夹具的样品粘贴面14，中指和无名指弯折，压在施力面13，分别用食指和中指，无名指和小指夹紧左端手柄11、右端手柄12，将样品按压在自动磨抛机上进行磨抛；双手操作时，将样品粘贴在样品粘贴面14，两只手分别握住左端手柄11、右端手柄12，将两个大拇指压在施力面13，将样品按压在自动磨抛机上进行磨抛。

实施例1：对于尺寸为34×1×6mm的拉伸件，如图3，尺寸属于大径向尺寸试验件2，由于要磨抛厚度为1mm的两个面，其尺寸太薄，无法用手直接进行按压磨抛，需要使用此磨抛夹具本体1进行磨抛。磨抛流程如下：

步骤一：将大径向尺寸试验件2粘贴到磨抛夹具本体1的样品粘贴面14，如图1；

步骤二：在磨抛机上，首先放置240#的sic砂纸，使用磨抛夹具本体1将大径向尺寸试验件2按压在砂纸上加水进行研磨，研磨时保持同一方向，研磨3min之后，取下砂纸换为600#砂纸，垂直上一号砂纸，将上一号砂纸留在大径向尺寸试验件2表面的划痕磨除，再依次使用型号为1000#、2000#、3000#、5000#砂纸进行研磨，每次研磨都需将上一号砂纸留在大径向尺寸试验件2表面划痕磨掉。

步骤三：使用抛光布，加抛光液进行抛光，抛光时间3min。

步骤四：将大径向尺寸试验件2表面用无水乙醇冲洗干净，放置于光学显微镜下进行观察；

步骤五：若大径向尺寸试验件2表面平整且无划痕影响观察，此面磨抛完成，使用新的磨抛夹具本体1磨抛另一表面，重复步骤二、三、四；若大径向尺寸试验件2表面仍残留有划痕或表面不平整，可选择性使用3000#、5000#砂纸、抛光布依次进行磨抛，直至大径向尺寸试验件2表面磨抛完成。

步骤六：使用无水乙醇或丙酮进行超声水浴加热，清洗10min，晾干，大径向尺寸试验件2磨抛完成。

实施例2：对于需要进行纤维推出试验的小径向尺寸试验件32，需要将小径向尺寸试验件32打薄至0.3-0.5mm。

磨抛流程如下：

步骤一：用冷镶嵌将小径向尺寸试验件32镶嵌进镶嵌树脂31，如图5，由于目标高度为0.3~0.5mm，镶嵌高度不宜过高；

步骤二：初步研磨镶嵌试验件3，将其研磨到较小的状态，此时由于手持镶嵌试验件3直接进行研磨会导致手受伤，此时将镶嵌试验件3粘贴到磨抛夹具本体1的样品粘贴面14，如图4，手持磨抛夹具本体1进行在240#砂纸上进行研磨，时间3min左右；之后依次使用600#、1000#、2000#、3000#、5000#砂纸进行研磨，研磨过程中，需将上一阶段划痕磨去。

步骤三：使用二氧化硅抛光液和抛光布配合进行抛光，时间3min，用酒精进行冲洗，吹干；

步骤四：使用光学显微镜观察，若小径向尺寸试验件32表面不平整或仍存在划痕，可使用3000#、5000#砂纸、抛光布继续进行研磨抛光，直至表面平整并且无划痕；

步骤五：换另一面进行磨抛，使用240#砂纸加水进行研磨、直至镶嵌试验件3厚度达到0.5mm左右，之后依次使用600#、1000#、2000#、3000#、5000#砂纸进行磨抛，中间夹杂使用游标卡尺测量厚度，保证厚度在0.3-0.5mm之间，重复步骤三、四；

步骤六：使用溶解液对镶嵌试验件3进行溶解；

步骤七：使用无水乙醇或丙酮进行超声水浴加热，时间为10min，晾干，小径向尺寸试验件32磨抛完成。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。