某航空材料研究院承擔某型航空發(fā)動機渦輪葉片的國產化研發(fā)任務。該葉片采用第二代鎳基單晶高溫合金（成分：Ni-6Cr-9Co-6W-6Ta-3Re），需在1600℃高溫環(huán)境下保持抗蠕變性能。研發(fā)過程中，團隊需通過金相分析驗證單晶完整性、枝晶取向及γ′相分布，但傳統(tǒng)制樣方法導致樣品合格率不足60%，嚴重拖累研發(fā)進度。

材料特性限制：單晶合金硬度高（HV≥450），傳統(tǒng)切割易引發(fā)微裂紋；導熱性差，機械研磨產生局部高溫（＞200℃），導致γ′相粗化，顯微組織失真。

精度要求嚴苛：需完整保留直徑約300μm的樹枝晶結構，拋光面粗糙度Ra＜0.05μm；檢測區(qū)域定位精度需達±10μm，避免誤判晶體取向。

效率瓶頸：手工制樣單件耗時2.5小時，無法滿足每周50件樣品的檢測需求。

研究院引入全自動金相制樣系統(tǒng)包括，精密切割單元：金剛石薄片切割（轉速2000rpm，冷卻液恒溫5℃），確保截面無熱影響區(qū)；智能研磨模塊：六軸力控系統(tǒng)，壓力范圍0.1-50N可調，適配材料硬度變化；振動拋光機：搭配0.02μm膠體二氧化硅懸浮液，實現(xiàn)無應力拋光。

采用液氮冷卻夾具，將樣品溫度維持在-20℃，避免切割過程中γ′相溶解。電鏡掃描顯示，切割面熱損傷層厚度從傳統(tǒng)方法的15μm降至＜2μm。

系統(tǒng)根據預設合金硬度曲線自動調整壓力（初始階段50N，末級5N），消除表層變形。統(tǒng)計數(shù)據顯示，枝晶結構完整率從68%提升至98%。

針對γ/γ′相界面，采用5%高氯酸-乙醇溶液（電壓20V，時間30s），獲得無劃痕觀測面。

單件制樣時間縮短至45分鐘，效率提升233%；樣品合格率從60%提升至95%，重復實驗需求減少80%；EBSD分析顯示，晶體取向誤判率從12%降至1.5%。單晶合金驗證周期從14個月壓縮至9個月；減少因制樣缺陷導致的重復鑄造費用約270萬元；通過精確枝晶取向數(shù)據優(yōu)化凝固工藝，葉片高溫持久壽命提升20%。

金相制樣設備的精確化與智能化，不僅解決了航空航天材料微觀分析的基礎性問題，更成為縮短研發(fā)周期、提升部件可靠性的關鍵杠桿。在材料基因工程與數(shù)字孿生技術快速發(fā)展，高質量制樣能力將持續(xù)賦能航空工業(yè)從“經驗試錯”向“數(shù)據驅動”的跨越。