Page 39 - 理化检验-物理分册2023年第七期
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王 伟: 一种铝导线火灾熔痕的彩色金相检验方法
属的组织均有较好的显示效果, 能够清晰地显示出 意将导线本体伸出镶嵌料, 伸出长度约为2~3cm 。
组织中特殊的相和较难显示的细节, 且显微组织形 将镶嵌好的试样用金相砂纸进行粗磨和细磨, 打磨
貌的色彩鲜艳、 分辨率高。 时应朝同一个方向打磨, 当磨痕细小密集时即可更
1.2 彩色金相检验的方法 换粒度更小的砂纸。每更换一次砂纸, 应旋转90° ,
采用阳极覆膜法对铝导线火灾熔痕的金相试样 使试样方向与旧磨痕方向垂直, 然后继续打磨, 直至
进行着色, 采用偏振光法作为辅助手段来观察试样 旧磨痕完全消失、 新磨痕均匀且一致性较好 [ 6 ] 。将
的着色效果。阳极复膜法是以金相试样为阳极, 在 打磨好的试样进行机械抛光, 抛光剂使用氧化铝悬
特定的电解液、 工艺条件和外加电流的作用下, 在阳 浮液。纯铝的质地较软, 容易发生变形或划伤, 抛光
极表面形成一层氧化膜的过程。纯铝晶体结构为面 产生的颗粒物可能会被压入试样表面, 因此应避免
心立方, 属于光学上的各向同性晶体 [ 4 ] 。对试样进 抛光时用力过大, 抛光的时间应足够长, 以去除所有
行阳极复膜处理, 试样表面形成一层光学各向异性 嵌入的颗粒。当抛光至试样表面光亮且无划痕时,
的六方晶系氧化铝膜, 膜的位向与试样表面晶粒取 即可进行着色操作。
向相对应 [ 5 ] 。这种薄膜对偏振光极为敏感, 在显微 2.2 试验方法
镜的偏光视场下, 可观察到彩色衬度, 不同位向的晶 试验选用的阳极覆膜设备为电解抛光仪, 搭配
粒呈现出不同的颜色。 不锈钢蚀刻锅, 电解抛光仪用于调节阳极覆膜的电
压; 不锈钢蚀刻锅用于盛放电解液, 并进行覆膜
2 试样制备与试验方法
操作。
2.1 试样制备 电解液的配制方法为: 将20mL 的40% ( 体积
2.1.1 一次短路熔珠 分数) 氟硼酸水溶液倒入烧杯中, 加蒸馏水稀释至
截取不同线径截面积( 2.5mm 和4mm ) 的铝 1000mL , 将溶液倒入蚀刻锅内; 将抛光好的试样
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导线各两段, 每段长度约为20cm , 在火灾物证综合 用钳子夹住, 将其与电源阳极连接, 并置于蚀刻锅
试验台上将两根导线分别与电源的正极和负极相连 中, 试样的抛光面朝下, 使抛光面刚好浸入液面, 但
接, 电 压 为 220 V , 频 率 为 50 Hz , 短 路 电 流 为 应注意钳子不要碰到液面, 否则电流会从钳子导入
180A , 将两根导线直接短接, 得到一次短路熔珠。 电解液中; 复膜电压为20V , 复膜时间为1~2min ,
2.1.2 二次短路熔珠 在复膜过程中手持钳子, 并轻轻晃动, 以避免气泡在
截取同样材料的铝导线各两段, 分别与电源正 试样表面富集; 复膜完成后, 用乙醇漂洗试样表面,
极和负极相连接, 然后将两段导线连同绝缘层绞合 并吹干试样。
在一起。纯铝的熔点较低, 在温度为660 ℃时即可 使用倒置式光学显微镜观察试样, 并将起偏镜
熔化, 因此采用引燃木屑的方式模拟火灾环境。将 与检偏镜调至正交状态。
互相铰接的导线置于火焰上方, 待绝缘层烧焦脱落
后, 导线互相接触并发生短路, 短路后继续置于火焰 3 试验结果
中5min , 得到二次短路熔珠。 3.1 短路熔珠
2.1.3 火烧熔珠 图1~2为线径截面积为2.5mm 铝导线一次
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选取同样材料的铝导线, 剥去绝缘层, 打开综合 短路熔珠与二次短路熔珠的彩色显微组织形貌。由
试验台上的液化气灶, 待火焰稳定后, 利用热电偶和 图1~2可知: 一次短路熔珠的晶粒主要为柱状晶,
数显温控仪测量火焰上方区域的温度。将导线置于 晶粒细长, 且具有明显的方向性, 等轴晶较少, 晶粒
温度为( 700±30 ) ℃的区域内加热, 待导线端部熔 内部的枝晶组织不明显, 组织中含有一定数量的气
化后, 将其在室温下自然冷却, 得到火烧熔痕, 并收 孔, 气孔形状较规则; 二次短路熔珠的晶粒为粗大的
集熔珠待用。 等轴晶, 晶粒没有明显的方向性, 晶粒内部的枝晶组
2.1.4 彩色金相试样 织不明显, 组织中含有一定数量的气孔, 二次短路
使用牙托粉和自凝牙托水将制备好的铝导线一 熔珠气孔形状较一次短路熔珠气孔形状的规则
次短路熔珠、 二次短路熔珠和火烧熔痕进行快速镶 性差。
嵌。阳极复膜法需要对试样通电, 因此镶嵌时应注 图3~4为线径截面积为4mm 铝导线一次短
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