신소재기초실험 | 광학현미경에 의한 금속의 조직 관찰

 

 

 

TIP

 

 

1. 금속의 기계적 성질이나 특성에 영향을 주는 금속조직상의 인자로는 변태조직이외에 결정입도, 형태 및 결정들의 분포상태, 편석 등을 들 수 있다. 따라서 금속 시편을 채취하여 관찰면을 균일하게 연마하고 미세한 조직을 관찰함으로써 그 제조공정이나 열처리 과정을 알 수 있으며 기계적 성질을 예측할 수 있다.
2. 시편의 미세구조를 관찰하기 위한 시편의 Mounting, Polishing, Etching 등의 과정을 익힌다. 또한 금속의 내부조직을 연구하는 데에 가장 많이 쓰이는 현미경으로 금속입자의 크기, 모양, 배열등의 미세구조 관찰을 통해 탄소의 함량에 따른 미세구조의 변화를 습득한다.

 

 

 

탄소강

철과 탄소의 합금으로 0.05∼2.1%의 탄소를 함유한 강을 말한다. 용도에 따라 적당한 탄소량의 것을 선택하여 사용한다.

1) 저탄소강 - 일반적으로 탄소함량이 0.25wt% 미만이다. 여러 종류의 강 중 가장 많이 생산되는 강이다. 미세구조는 ferrite와 pearlite의 구조를 가져서 비교적 연하고 약하지만 우수한 연성과 인성을 지닌다. 그래서 기계 가공성과 용접성이 좋다.

 

2) 중·고탄소강 - 탄소함량은 0.25～2.1wt%이다. quenching, tempering 등의 열처리에 의해 기계적 성질이 향상된다. 대부분 tempering되어 사용되고, tempering된 martensite의 미세구조를 지닌다. 탄소강은 열처리 후 온도를 충분한 시간동안 유지시켜주면 그 조직은 균질한 Austenite가 된다. 그렇지만 서서히 냉각시키면 α-ferrite와 Cementite가 교대로 생성된 조직으로 변태한다. 이런 조직을 관찰하기 위해서 시편의 표면을 Polishing하고 매끈하게 만든다. 이 매끈한 표면은 광학현미경의 관찰이 불가하기 때문에 다시 Etching의 과정을 거쳐 인위적으로 부식을 시킨다. Grain boundary가 Grain보다 부식속도가 빠르므로 서로 다른 Phase를 갖게 되어 현미경으로 관찰이 가능하게 된다.

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실험 방법

1. 시료채취

 

2. 시료의 Mounting

1) Mounting Mold 안에 시료를 놓고 액체 마운팅 수지는 Mounting Mold를 넘치지 않 도록 적당히 채운다. 이 때, 경화제를 넣어준다.

 

2) 단단하게 경화된 다음 Mounting Mold로부터 분리시킨다.

 

3. 시편의 연마

1) 연마기에 사포를 부착한 후, Emery Paper #200, #400, #600, #800, #1000 순으로 연마한다(기계적 연마). 이때 사포번호가 낮은 순으로 연마한다. 사포번호가 낮을수록 거친 사포이다.

 

2) 수시로 현미경을 이용하여 연마 상태를 체크한다.

 

3) 최종 연마 : 연마천 + 알루미나 연마 Paste

 

4. 초음파세척기로 깨끗이 세척한다.

 

5. 시편의 에칭

1) 에칭용액 준비 :

① HNO₃: 1～5㎖ + 알코올 : 100㎖

② 피크릭산(C₂H₂(NO₃)₃OH) : 4g +알코올 : 100㎖ (중,고탄소강)

 

2) 연마한 시편을 에칭용액에 적당한 시간동안 (수 십초～수 분) 에칭시킨다.

 

3) 이 때 Overetching이 되지 않도록 수시로 현미경으로 조직을 관찰한다. overetching되면 grain boundary가 두 줄이 된다.

 

6. 현미경 관찰

 

7. 사진 촬영 및 인화 (파일 저장 및 인쇄)

 

 

 

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