Polissage métallographique pour des surfaces d'échantillons sans déformation et sans rayure

Le polissage métallographique, tout comme le prépolissage métallographique, est l'étape finale du processus de préparation des échantillons de métaux en vue d'une analyse ultérieure. Son but est de rectifier les déformations causées par les étapes de travail précédentes (pendant le sectionnement et la coupe).

L'introduction suivante fournit quelques considérations générales ainsi que des conseils pour les processus de préparation des échantillons.

Le polissage métallographique se compose de plusieurs étapes, chaque étape utilisant un abrasif plus fin que la précédente. Typiquement, une distinction est faite entre trois opérations : Le pré-polissage, le polissage intermédiaire et le polissage final.

Le but ultime est de produire une surface d'échantillon sans déformation, sans rayure et hautement réfléchissante. Pour obtenir des résultats précis, il est nécessaire de sélectionner des consommables appropriés, une polisseuse et un guide de préparation adapté avec des réglages d'instruments individuels (optimisés pour le matériau correspondant).

QATM est l'un des principaux fabricants et fournisseurs de consommables de haute qualité pour le polissage ainsi que d'une gamme de machines de polissage métallographique innovantes, des modèles manuels aux modèles entièrement automatisés. Les experts en application de QATM combinent des décennies d'expérience avec des milliers d'échantillons traités et seront heureux de vous aider avec votre application.

Polissage métallographique - Présentation des produits

QATM propose des prépolisseuses/polisseuses métallographiques pour toutes les exigences

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Polissage métallographique en trois étapes

Il n'existe généralement pas de règles valables pour le polissage métallographique en ce qui concerne le nombre et la sélection des étapes de polissage et la gradation des tailles de grain. Cependant, il existe des suggestions de préparation pour les matériaux individuels ou les groupes de matériaux et, en général, une distinction entre trois grandes étapes du processus est faite.

La gamme de draps de polissage couvre très bien l'éventail des tâches pour les groupes de matériaux techniques. Lors du choix du drap de polissage et de la taille des grains de diamant, il faut veiller à ce que la hauteur des poils et la taille des grains de diamant soient sélectionnées de manière à ce que les grains de diamant soient toujours en contact avec la surface de l'échantillon et le drap de polissage. Ce n'est qu'ainsi qu'un enlèvement optimal, et donc une bonne planéité et netteté des bords, sont garantis et que le processus de polissage métallographique est réussi.

Prépolissage & polissage Qpol 250 A1-Eco (SAPHIR 250 A1-Eco)

1. Prépolissage

L'objectif général du pré-polissage métallographique est d'obtenir le meilleur enlèvement de matière possible dans le temps le plus court possible. La bonne planéité de la surface à polir après le processus de polissage ne peut être maintenue qu'en veillant à ce que le diamant soit toujours en mouvement, si possible en roulant. Ce mouvement de roulement entraîne l'enlèvement nécessaire de l'excédent de matière.

Consommables utilisés : Diamant de 15 µm à 9 µm / tissus durs ou pressés

2. Polissage intermédiaire

Le pré-polissage métallographique est, dans la plupart des cas, suivi d'un polissage intermédiaire métallographique. Au cours de cette étape, les couches de déformation et de dépôt sont éliminées. Si le matériau est très dur, plusieurs étapes de polissage intermédiaire peuvent être nécessaires.

Consommables utilisés : Diamant de 9 µm à 3 µm / tissus à poils durs ou à poils légers

3. Polissage final

Le polissage final métallographique est la dernière étape de polissage, destinée à éliminer les déformations et surtout les bavures sur la surface de l'échantillon. Cette étape n'est pas facile mais possible. Cependant, un polissage final n'est pas nécessaire pour toutes les tâches de polissage métallographique.
Consommables utilisés : Diamant 3 µm à 0,5 µm / Polissage aux oxydes 0,1 µm à 0,06 µm / tissu tissé ou floqué, moussé pour les suspensions d'oxydes.

Dans le polissage final métallographique, on distingue l'élimination purement mécanique par les grains de diamant et l'élimination mécano chimique qui est réalisée par des suspensions de polissage final légèrement alcalines. Le choix de l'agent de polissage à utiliser doit être déterminé au cas par cas.

Polissage métallographique diamanté

Dans le polissage métallographique, les agents de polissage diamantés sont différenciés en fonction de la forme du diamant. Il existe des diamants poly et monocristallins.

Les agents de polissage contenant des diamants polycristallins présentent de nets avantages par rapport aux agents de polissage contenant des diamants monocristallins. Le diamant polycristallin a une forme de grain uniforme et de nombreuses arêtes vives.

L’enlèvement de matière des agents de polissage diamantés dépend du nombre et de la taille des arêtes tranchantes du diamant qui travaillent simultanément.

Pour le bon choix de l'abrasif de prépolissage ou de polissage diamanté (c'est-à-dire mono- ou polycristallin), il est important de déterminer au préalable ses exigences. En principe, un bon résultat peut également être obtenu avec le diamant monocristallin, moins cher, même si le chemin pour y parvenir demande plus d'efforts.

Les agents de polissage diamantés diffèrent également par le type de leur matériau de support. Le choix de l'un des trois matériaux de support courants dépend des circonstances.

Pâte diamantée : Forte concentration sur le drap de polissage, l’utilisation d’un lubrifiant supplémentaire est toujours nécessaire

Suspension diamantée : Assure une bonne et uniforme distribution sur le drap de polissage, faire attention à la décantation en cas de période d'immobilisation longue

Spray diamanté : Assure une distribution uniforme sur le drap de polissage, un lubrifiant supplémentaire est toujours nécessaire, consommation plus élevée en raison du dosage

Consommables pour le polissage métallographique

Polissage métallographique des oxydes

En métallographie, les agents de polissage à base d'oxydes sont principalement utilisés pour le polissage final.

On distingue les suspensions de dioxyde de silicium et d'oxyde d'aluminium. Les deux sont disponibles sous forme de suspension aqueuse ou alcoolique ‘’prête à l'emploi’’. La taille des grains est comprise entre 0,1 et 0,06 µm.

Il n'existe pas de règles absolues pour l'application des suspensions. Les suspensions à base d'alcool doivent être utilisées pour les échantillons sensibles à la corrosion.

Dioxyde de silicium : Tous les aciers austénitiques, les alliages d'aluminium, les alliages de titane, les alliages de métaux précieux

Oxyde d'aluminium : Laiton, aciers non ou faiblement alliés, fonte grise

L'utilisation d'agents de polissage à base d'oxydes permet d'obtenir un enlèvement mécanique ou mécano chimique, qui élimine les couches de dépôt et de déformation qui peuvent encore être présentes lors d'un polissage métallographique antérieur ; la qualité de ce processus va de bonne à très bonne.

La ‘double’ attaque permet également de réduire les temps de polissage. Le coût nettement inférieur des matériaux est un autre avantage par rapport aux agents diamantés.

Consommables pour le polissage métallographique

Draps et disques de polissage métallographiques

Les draps pour le polissage métallographique sont disponibles avec différentes structures de surface ou matériaux (par exemple, soie, soie artificielle, tissus de laine, plastiques floqués et moussés). Des plaques de polissage spécialement conçus avec des diamants intégrés sont également disponibles.
Le pré-polissage métallographique est généralement effectué sur des draps moins élastiques (durs) en utilisant un lubrifiant (une faible élasticité au choc est importante pour maintenir la netteté des bords). Si les bords sont arrondis par des draps trop mous, cela a un effet négatif sur l'évaluation des couches minces.

Lors du polissage final, passez à des draps plus élastiques et à longs poils, ainsi qu'à des lubrifiants à viscosité élevée.

L'élasticité des draps pour le polissage intermédiaire se situe entre les deux extrêmes décrits ci-dessus.

Consommables pour le polissage métallographique

Polissage par vibration métallographique

Le polissage vibratoire métallographique permet de réaliser des préparations pratiquement exemptes de déformation et de rayure sur des matériaux sujets à la déformation. Cette méthode est également particulièrement adaptée aux échantillons destinés à l'analyse EBSD.

Avec le polissage vibratoire, le mouvement relatif entre un échantillon et la base de polissage nécessaire à l'enlèvement est obtenu par une surface de travail vibrante. Le plan de travail est soumis à des vibrations verticales auxquelles se superposent des vibrations de torsion. Ces vibrations combinées font que les échantillons, qui sont lestés d'un poids, tournent en cercle sur le plateau de travail.

La polisseuse vibratoire métallographique QPol Vibro trouve automatiquement la meilleure fréquence pour le mouvement de l'échantillon sur le drap de polissage en fonction de la masse à déplacer. En raison de l'enlèvement de matière très doux, la méthode est particulièrement adaptée aux matériaux très doux et ductiles tels que le cuivre ou les alliages de cuivre, l'aluminium et les alliages d'aluminium, les matériaux à base de nickel, ainsi que les aciers doux. Cependant, cet enlèvement de matière doux et donc très faible entraîne des temps de polissage longs qui dépassent parfois largement les 30 minutes.

Polisseuse Qpol Vibro

Conseils et astuces pour le prépolissage et le polissage métallographiques

Le prépolissage et le polissage sont une technique standard pour la préparation des échantillons métallographiques. Des connaissances spécialisées en matière de traitement sont disponibles pour presque tous les matériaux. Cependant, un certain nombre de sources d'erreurs potentielles doivent être prises en compte lors de la recherche de la procédure appropriée. La procédure prend beaucoup de temps en raison des processus à plusieurs étapes, surtout dans le cas d'un traitement manuel. D'autre part, il faut s'attendre à des investissements plus importants si l'on souhaite un degré d'automatisation plus élevé.

Les risques suivants doivent être évalués dans chaque cas individuel :

L'utilisation de matériaux abrasifs pour le polissage métallographique peut entraîner des surfaces d'échantillons rayées, surtout si le matériau contient des phases ayant des valeurs de dureté différentes. Ce phénomène ne peut jamais être exclu dans le cas des matériaux composites.
Les bords et les limites de grain peuvent être arrondis.
Les réfrigérants et les lubrifiants ne doivent pas réagir avec le matériau car les matériaux organiques, tels que le papier ou les fibres, gonfleraient. Si le refroidissement n'est pas suffisant, les matériaux de l'échantillon subissent une dégradation thermique et/ou des modifications microstructurelles.

Le marché des équipements de prépolissage et de polissage est très diversifié et offre des solutions adaptées à une grande variété d'applications. Selon l'application et la capacité, il existe des systèmes de prépolissage et de polissage simples, semi-manuels ou entièrement automatiques. Le large éventail d'applications parle également de lui-même. Avec des consommables de prépolissage et de polissage soigneusement adaptés, combinés à des paramètres de préparation appropriés, d'excellents résultats peuvent être obtenus pour presque tous les matériaux. Le prépolissage et le polissage mécaniques sont souvent la seule technique de préparation adaptée aux céramiques, aux matériaux composites et aux plastiques chargés/renforcés.

Pour aider l'utilisateur, quelques conseils et astuces pour le prépolissage et le polissage sont énumérés ci-dessous.

1. Dynamique du prépolissage et du polissage métallographique

Le positionnement du porte-échantillon par rapport au disque de travail est un point particulièrement important dans la préparation d'échantillons métallographiques semi-automatique et entièrement automatique. Le positionnement du porte-échantillon, la vitesse de rotation, le sens de rotation et la pression de contact sont des facteurs importants pour la durabilité des consommables et la qualité de surface résultante.

Si le porte-échantillon est positionné trop près du centre, il en résultera une dynamique de prépolissage et de polissage très défavorable (schéma 1).

Le positionnement illustré dans le schéma 2 est idéal pour la préparation d'échantillons métallographiques pendant le prépolissage et le polissage. Le porte-échantillon doit dépasser légèrement le bord du disque de travail, d'environ 5 à 10 mm. Les échantillons peuvent alors encore bouger sur le drap de polissage !

2. Queues de comète

En métallographie, les queues de comète se produisent généralement avec des inclusions non métalliques, des pores et des phases dures dans une matrice de base molle, si la section est maintenue dans une seule direction de prépolissage ou de polissage pendant la préparation manuelle. Cet artefact est typique des grands échantillons. Pour une préparation métallographique optimale, les échantillons doivent être déplacés de manière à éviter la création d'une direction préférentielle.

3. L'effet crayon

Dans le polissage métallographique, l'effet ‘crayon’ est un artefact très répandu qui se forme lors des préparations manuelles ou à pression unique. La surface de l'échantillon se rétrécit vers le centre, ce qui est clairement visible dans le motif sur la surface de prépolissage. Ce problème se produit lors de la préparation d'échantillons avec une seule pression.
Les causes peuvent être :

Porte-échantillon avec une ouverture trop grande, c'est-à-dire que l'échantillon a trop de jeu.
Mauvais diamètre sélectionné, par exemple, l'échantillon a un diamètre de 38 mm (1 ½ pouce) et le porte-échantillon a 40 mm.
Forme de l'échantillon non adaptée (trop haute, donc l'échantillon bascule d'avant en arrière)
La pression de contact est trop faible, l'échantillon commence à basculer de façon irrégulière
Non-respect des paramètres de la dynamique de prépolissage et de polissage
L'échantillon n'est pas cylindrique (le moule d'enrobage pour enrobage à froid est ovale)

4. Dépôt d'agents de prépolissage et de polissage métallographiques

Les abrasifs et autres agents de polissage pour la métallographie, tels que les particules de carbure de silicium du papier abrasif, les diamants des agents de polissage diamantés ou les oxydes des agents de polissage final oxydés, peuvent être pressés dans la surface pendant la préparation de l'échantillon métallographique.

Cela peut se produire dans les situations suivantes :

En cas de prépolissage métallographique à sec de matériaux composites composés de matériaux très durs et très mous
En cas de pression de prépolissage ou de polissage excessivement élevé lors de la préparation de matériaux extrêmement mous et/ou de matériaux composites avec des composants de phases molles et dures
En cas de concentration d'abrasif excessivement élevée en combinaison avec une pression trop élevée
Sélection incorrecte de la taille des grains de l'agent de prépolissage et de polissage
Lorsque le film lubrifiant se rompt pendant le polissage. Si l'on ajoute trop peu de lubrifiant, les échantillons peuvent chauffer considérablement
Lors de l'utilisation d'un lubrifiant à très faible viscosité
Si l'on choisit le mauvais tampon de prépolissage ou le mauvais drap de polissage (trop dur ou trop mou), il faut faire attention à l'élasticité de l'impact
En cas de mouvement trop unilatéral de l'échantillon

5. Préparation métallographique des aciers nitrurés

La direction du prépolissage peut également influencer la qualité du résultat de la préparation métallographique : Dans cette préparation manuelle, l'échantillon de gauche a été maintenu sur le papier SiC de manière à ce que la direction de prépolissage du grain abrasif aille de l'échantillon d'acier vers le matériau d'enrobage. La couche nitrurée fragile a donc été pressée dans les plus petits interstices du composé d'enrobage, ce qui a entraîné des ruptures.

Le problème a été résolu en faisant tourner l'échantillon. Il doit être poli depuis l’enrobage jusqu'à l'échantillon. Le résultat (échantillon à droite) n'a pas été entièrement poli pour que le problème et la solution soient bien visibles.

La norme DIN 30902:2016-12 (Traitement thermique des matériaux ferreux - Détermination au microscope optique de l'épaisseur et de la porosité de la couche de composé des pièces nitrurées et nitrocarburées) recommande d'envelopper l'échantillon avec une feuille d'aluminium ou de cuivre avant le montage pour protéger la couche de composé pendant la préparation.

Ici, un tel échantillon est montré dans la première image à gauche, à droite pour comparaison l'échantillon non enrobé. Les deux échantillons ont ensuite été enrobés pour assurer une préparation métallographique identique (deuxième image).

Préparation métallographique des aciers nitrurés

Préparation métallographique des aciers nitrurés - 2

Les résultats de la préparation métallographique montrent que la couche composite de l'image supérieure est d'épaisseur inégale et présente un fort écaillage. En revanche, la couche de composite de l'image inférieure est uniforme et exempte d'éclats et peut donc être évaluée de manière fiable. Il est important de s'assurer que la couche blanche plus épaisse au-dessus de la couche de liaison réelle n'est pas évaluée, il s'agit de la feuille d'aluminium.

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