随着社会的发展,人们的日常生活与电气设备已密不可分。电气设备的发展造福于人类,同时也带来了危害(电气设备引起的火灾也随之增加)。电气设备引起的火灾和受到的经济损失位居火灾中的首位。统计数据表明,1993年-2002年我国重特大电气火灾起数占全国重特大火灾的35.6%(年平均值);损失占全国重特大火灾损失的39.7%(年平均值)[1]。在电气火灾中,起火点的铜导线及其零部件是调查火灾原因的一个很重要的物证。为了查明火灾原因,对铜导线的火烧痕、一次和二次短路痕迹的研究就显得非常重要。火灾物证鉴定中,我国主要用以下几种方法,如微观形貌法、成分分析法、剩磁法、导线熔痕宏观鉴别法、模拟实验法[2]。其中较常用的是金相分析法。在金相分析方法中用于显示铜的金相组织的腐蚀剂很多,选择一种好的腐蚀剂有事半功倍的效果。

一种金属插入溶液中发生溶解,则部分金属离子进入溶液中。金属失去离子带负电荷,溶液得到金属离子带正电荷。由于正、负电荷相吸,所以溶液中大部分带电离子聚在金属表面,阻止金属的进一步溶解。

在金相试样上,不同组织处的电极电位都不相同,在浸蚀过程中,金属磨面和溶液界面就形成了很多微小的原电池。电极电位较负的晶界和合金相就成为阳极,不断以离子状态溶入溶液。而电位较正的金属基体则为阴极,接受阳极来的电子与介质中的正离子则放出氢气。因此,金属在溶液中某些部分被溶出,呈凹陷状,可见金相试样的腐蚀实际上是一种电化学溶解过程[3]。

由于晶界等地方要优先腐蚀溶解,形成沟槽。在显微镜下,因反射光在晶界沟槽处的漫射而呈黑色线条,将多面体晶粒勾划出来,一般试样腐蚀至此已告完成。如继续腐蚀,晶内也开始溶解,而且溶解大多数是沿着原子密排面进行,但磨面上各晶粒的位向是不同的,因此各个晶粒腐蚀平面和原来倾斜角度不同,在垂直光线照射下将显示明暗不一的晶粒[4]。纯金属磨面在腐蚀液中的腐蚀过程,如图1所示。

　　(A)表示抛光面下的变形层首先溶入浸蚀液中;(B)表示随后在晶界处,由于晶界的自由能较高,原子的活泼性较大,故优先溶解,形成沟槽,腐蚀至此已完成;(C)表明若继续腐蚀,晶内也开始溶解。

化学腐蚀剂根据所需要显示组织的特性来选择,通常金相组织腐蚀剂的化学药品包括以下四类:

(1)各种有机酸和无机酸。例如腐蚀钢铁用的硝酸,腐蚀钛合金用的氢氟酸等。

(2)各种碱。例如腐蚀铝合金用的氢氧化钠等。

(3)各种盐类。例如铜盐、镁盐、铁盐及锰盐等。

(4)溶剂。这是附加在化学腐蚀剂内起稀释作用的必要成分。例如酒精构成硝酸酒精溶液;水构成氢氧化钠水溶液等。

对铜导线进行腐蚀有很多种腐蚀剂,较常用腐蚀剂为三氯化铁-盐酸-水溶液(见表1)、三氯化铁盐酸酒精溶液(1gFeCl3,20mL酒精,10mL浓盐酸)氢氧化氨-双氧水(50mLNH4OH,20mLH2O2,50mLH2O)、饱和氢氧化氨-氯化铜溶液等。前两者使两相黄铜中B相变暗,后二者则相反,使A相发黑。此外硝酸铁溶液(10g硝酸铁,100mLH2O)适于显示纯铜晶界,对磨痕显露的敏感性小,故对一般单相、两相铜合金有较好的腐蚀效果。

　

除了三氯化铁-盐酸-水溶液的腐蚀剂外,也有三氯化铁-盐酸-酒精溶液腐蚀剂(三氯化铁1g,盐酸10mL,酒精20mL)。

还有一种是有机酸和无机酸混合制得,此溶液对磨痕不敏感,腐蚀后晶界非常清楚,加上补充液其金相组织更清楚,其配方见表2。所做试样经过抛光(肉眼看不到划痕即可)后,抛光面向上,溶液需不断搅动,腐蚀时间约5s～9s。若晶粒显现尚不完整,则可在补充液中腐蚀2s～5s,即可清晰呈现组织。

 

用上述混合酸腐蚀剂和三氯化铁-盐酸-酒精溶液进行比较,不难看出其各自的优点。图2～图5中,a为混合酸腐蚀剂,b为三氯化铁-盐酸-酒精腐蚀剂。

通过对比,不难看出混合酸对铜的晶界特别敏感,腐蚀得比较深,而对其划痕和铜金属本身不敏感,腐蚀比较浅,这样就形成了很鲜明的对比,反差大,更容易观察其金相组织,同时对划痕的敏感性较小,也减轻了抛光工作,而铜比较柔软,抛光工作的难度相当大。三氯化铜-盐酸-酒精溶液腐蚀剂的优点是各个晶粒由于物理性质上的不完全相同,从而对晶粒腐蚀的深浅不一,造成颜色上的差异,也能清晰地看出晶界。但是其抛光工序要求较严,如抛光不好,将得不到理想的金相组织。每一种腐蚀剂都有其自己的特点和优点,至于要用哪种腐蚀剂,需根据实际情况来选择。

a (×200) 　　　                   　　　b (×200)

 

a(×50)　　　　               　　　b(×50)

 

a(×50)　　　　          　　　　b(×50)

 

a(×100)　　　　            　　　　b(×100)

除了以上介绍的几种腐蚀剂外,还有许多可用于铜导线,同时也可用于铜合金及其它纯铜制品,见表3。

　  组成腐蚀剂的无机酸、有机酸、金属盐及其溶剂很多,这样就可以根据具体情况和要求配制成不同的腐蚀剂,也可以用几种不同的腐蚀液先后进行腐蚀,从而使金相组织更好的显示出来,达到最佳观察效果。