銅合金の微細組織と一般的なエッチング液

銅および銅合金の微細組織は、エッチング液を材料や観察対象の特性に合わせて選択することで観察されます。真鍮と青銅では異なる相のパターンが見られます。以下の溶液を用いると、所定の拭き取りまたは浸漬条件下で、結晶粒、相境界、介在物、および溶接組織を明らかにすることができます。

微細組織の特徴

真鍮と青銅は、工業用銅合金の中で最も広く使用されているものです。

真鍮は、単相合金と二相合金に分類される。鋳造された単相α真鍮は、しばしばデンドライト状の偏析を示す。変形処理とそれに続く焼鈍を行うことで、この偏析が除去され、焼鈍双晶を伴う均一な結晶粒が形成される。 α+β’二相黄銅では、冷却中にβ相からα相が析出し、その形態は加工条件によって異なる。鋳造直後の状態では、α相は粗大なウィドマンシュテッテン組織を形成する。 熱間加工後の緩慢な冷却では均一な等軸状のα結晶粒が形成されるのに対し、急速冷却では微細な針状のウィドマンシュテッテン組織が形成される。NHを除く₄OHとH₂O₂ 水溶液中では、以下に挙げるエッチング剤はβ相を優先的に侵食し、β相を暗色に変色させる一方、α相は明るいまま残る。

スズ青銅、アルミニウム青銅、ベリリウム銅には、共通の組織的特徴があります。それは、α固溶体マトリックスに少量の共晶または共晶超相成分が含まれているという点です。スズ青銅にはα+(α+δ)共晶超相が含まれ、アルミニウム青銅にはα+(α+γ)₂) 共晶；ベリリウム銅にはα+(α+β)共晶が含まれ、リン青銅にはα+(α+Cu₃P) 共晶プラス（α+δ+Cu₃P) ユートクタイト。スズ青銅も著しい偏析を示し、液相線と固相線の範囲が広く、スズの拡散速度が遅いため、平衡相図とは大きく異なる場合がある。アルミニウム青銅の偏析はごくわずかである。低倍率では、その組織は二相黄銅に似ているが、(α+γ₂) 高倍率で観察すると、共析組織が確認できる。ベリリウム銅は、一般的に溶体化処理と時効処理を施した後に使用される。溶体化処理により、均一な単相組織が形成される。時効処理により、結晶粒内または粒界に沿って、非常に微細なCuBe第二相粒子が析出する。光学顕微鏡では、すべり線に沿って配列した粒子がかすかに確認できる場合があるが、その詳細を把握するには電子顕微鏡による観察が必要である。

代表的なエッチング液

銅および銅合金の微細組織を可視化するために、一般的に以下の溶液が用いられます。

介在物の検査

介在物の種類や特徴を特定することは、顕微鏡検査においてますます重要になっています。これは、介在物が銅の成形性や被削性に直接影響を与えるためです。介在物は、研磨済みの状態で検査することができます。あるいは、研磨面に水酸化アンモニウム溶液（上記の「エッチング剤1」）を軽く塗布することで、介在物をより鮮明に確認することができます。

硫黄と酸素は Cu+Cu を形成することがある₂S および Cu+Cu₂銅中の共晶。Cu₂SおよびCu₂Oを含む化合物は脆く、冷間加工中に容易に破断するため、銅には酸素および硫黄の含有量について厳しい制限が設けられています。金属組織検査は、化学分析に加えて、不純物含有量のおおよその目安を示すことができます。 通常の照明下では、酸化銅と硫化銅はどちらも青灰色に見えるため、区別することができません。偏光下では、酸化銅はルビーレッドに発色するため、硫化銅と区別することができます。鋳造状態では、さまざまな酸素含有レベルを表す標準顕微鏡写真と比較することで、酸素含有量を評価することができます。

微量のビスマスと鉛は、銅と混合してCu+BiまたはCu+Pbの共晶を形成する。両元素とも共晶から析出するが、その分布には違いがある。ビスマスは粒界に沿ってネットワークを形成し、顕著な熱脆性を引き起こす。 鉛は、粒界に沿って連続的に分布する傾向が比較的弱く、凝固前に撹拌を行うことで、Pbをマトリックス内に微細な粒子として分散させることができる。したがって、少量の鉛を添加することで、被削性を向上させることができる。