Cốt lõi của việc đạt được "không phá hủy" hiển thị vi mô là thông qua quá trình loại bỏ vật liệu được kiểm soát chính xác, loại bỏ dần lớp tổn thương bề mặt, đồng thời tránh giới thiệu các khuyết tật mới, cuối cùng đạt được bề mặt phẳng, mịn phù hợp với quan sát vi mô. Các bước khoa học và cơ chế loại bỏ vật liệu có thể được chia thành các giai đoạn sau:

I. Các bước khoa học: Kiểm soát theo từng giai đoạn từ mài thô đến ném tốt

Giai đoạn mài thô

Sử dụng giấy nhám có kích thước hạt dày hơn (chẳng hạn như 180-400 lưới) hoặc đĩa mài kim cương để loại bỏ lớp tổn thương cắt, lớp oxit da và độ lệch vĩ mô trên bề mặt mẫu với áp suất cao hơn (1-2N/cm²) và tốc độ quay trung bình (150-300rpm). Giai đoạn này nhanh chóng làm mỏng mẫu bằng cách cắt cơ học, nhưng cần kiểm soát áp suất và thời gian để tránh bề mặt quá nóng hoặc biến dạng dẻo do cắt quá mức. Ví dụ, các mẫu hợp kim nhôm khi nghiền thô cần sử dụng hệ thống làm mát bằng nước để làm mát, ngăn chặn các hạt tái kết tinh do hiệu ứng nhiệt.

Giai đoạn hoàn thiện

Dần dần thay thế bằng giấy nhám mịn hơn (600-2000 lưới) hoặc đĩa mài silicon carbide, giảm áp suất xuống 0,5-1N/cm² và tăng tốc độ lên 200-400 vòng/phút. Giai đoạn này tinh chỉnh độ nhám bề mặt bằng cách cắt nhỏ, loại bỏ các vết trầy xước do mài thô để lại, đồng thời sử dụng tác dụng ma sát của mài mòn và bề mặt vật liệu để loại bỏ các lớp ứng suất còn lại. Ví dụ, các mẫu thép cần phải sử dụng ethanol khan làm chất bôi trơn khi nghiền mịn để giảm sự bám dính của các mảnh sắt và ngăn ngừa trầy xước bề mặt.

Giai đoạn đánh bóng

Đánh bóng cơ học hóa học (CMP) được thực hiện với áp suất rất thấp (0,1-0,5N/cm²) và tốc độ quay thấp (50-150rpm) bằng cách sử dụng vải đánh bóng như lụa, vải nhung kết hợp với chất lỏng đánh bóng oxit nhôm hoặc silica (kích thước hạt 0,05-1μm). Các hạt trong chất lỏng đánh bóng loại bỏ các vi lồi bề mặt bằng ma sát cơ học, trong khi chất đánh bóng và bề mặt vật liệu xảy ra phản ứng hóa học, tạo thành một lớp mềm dễ dàng loại bỏ và đẩy nhanh quá trình san lấp mặt bằng. Ví dụ, mẫu hợp kim đồng khi đánh bóng cần sử dụng chất lỏng đánh bóng có chứa axit citric để loại bỏ lớp oxy hóa bề mặt bằng cách chelating và tránh trầy xước.

II. Cơ chế loại bỏ vật liệu: Cơ học - Hóa học Synergy

Máy cắt

Các giai đoạn mài thô và hoàn thiện chủ yếu là cắt cơ học, và các hạt mài mòn được nhúng vào bề mặt mẫu dưới tác động áp suất, loại bỏ vật liệu bằng cách trượt, lăn hoặc cày. Quá trình này cần kiểm soát kích thước hạt mài mòn và áp suất để tránh lực cắt hạt đơn quá lớn dẫn đến bong tróc hạt hoặc mở rộng vết nứt vi mô.

Ăn mòn hóa học

Giai đoạn đánh bóng làm mềm lớp bề mặt bằng phản ứng hóa học của chất đánh bóng với bề mặt vật liệu, làm giảm sức đề kháng cắt. Ví dụ, các mẫu thép không gỉ, khi đánh bóng, các ion nitrat trong chất lỏng đánh bóng có thể ăn mòn có chọn lọc ma trận sắt, giữ lại lớp bảo vệ oxit crom để đạt được loại bỏ chọn lọc.

Sức mạnh tổng hợp

Sự phối hợp giữa hành động cơ học và ăn mòn hóa học là chìa khóa cho sự xuất hiện "không phá hủy". Cắt cơ học cung cấp năng lượng làm phẳng bề mặt, trong khi ăn mòn hóa học làm giảm thiệt hại cơ học bằng cách làm mềm lớp bề mặt. Ví dụ, trong quá trình đánh bóng vật liệu bán dẫn, chẳng hạn như silicon, dung dịch kali hydroxit phản ứng với bề mặt silicon để tạo ra silicat hòa tan, trong khi hành động cơ học của vải được đánh bóng đẩy nhanh quá trình lột sản phẩm phản ứng để đạt được độ phẳng nguyên tử.

III. Thông số kiểm soát chính

Áp suất và tốc độ quay: áp suất quá lớn dẫn đến biến dạng dẻo bề mặt, quá nhỏ thì không hiệu quả; Tốc độ quay cần phù hợp với áp suất, tránh quá nóng cục bộ.

Kích thước hạt mài mòn: Lựa chọn gradient từ thô đến mịn làm mịn bề mặt dần dần và giảm thiệt hại còn lại.

Làm mát và bôi trơn: Chất làm mát dựa trên nước hoặc dầu có thể làm giảm nhiệt độ, giảm ma sát và ngăn chặn quá trình oxy hóa bề mặt hoặc bám dính các mảnh vụn.

Thời gian đánh bóng: Chất lượng bề mặt cần được theo dõi trong thời gian thực thông qua kính hiển vi để tránh đánh bóng quá mức dẫn đến độ nhám bề mặt bị trả lại.

Thông qua các bước trên và kiểm soát chính xác cơ chế, máy mài và ném kim loại có thể đạt được việc loại bỏ các khuyết tật bề mặt dưới tiền đề giữ lại cấu trúc vi mô ban đầu của vật liệu, cung cấp mẫu chất lượng cao cho phân tích kim loại, kiểm tra độ cứng vi mô, v.v. Ví dụ, trong phát hiện pha kim loại của cánh động cơ hàng không, máy mài và ném hoàn toàn tự động có thể kiểm soát lỗi độ phẳng mẫu trong vòng ± 0,01mm, đảm bảo sự hiển thị rõ ràng của các đặc điểm vi mô như ranh giới hạt và ranh giới pha.