金属組織検査用の琢磨 歪みや傷のない試料面の加工のために

金属試料片を作製する最終工程で、金属組織検査用の研磨と同様に琢磨を行います。金属組織検査用の琢磨の目的は、その前の作業工程（切削と切断）で生じた歪みを修正することです。以下に、試料片の作製工程における一般的な注意事項を説明します。

金属組織検査用の琢磨は幾つかの段階に分かれ、次の段階に進むほど使用する研磨剤の粒径が小さくなります。一般に、この工程は予備琢磨、中間琢磨、最終琢磨の3段階に分けられます。

金属組織検査用の琢磨では、金属材料の微細構造組織が現出するように、試料面を傷や変形がなくなるまで鏡面状に琢磨します。精密な琢磨成果を得るためには適切な消耗品と研磨機を使用し、（消耗品に最適な）試料作製方法と機器設定を選ぶ必要があります。

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金属組織検査用のダイヤモンド琢磨

金属組織検査用に使用されるダイヤモンド研磨液では、含有されるダイヤモンドの形状により研磨剤の種類が異なります。ダイヤモンドには多結晶ダイヤモンドと単結晶ダイヤモンドがあります。多結晶ダイヤモンド粒子を含有する研磨剤は、単結晶ダイヤモンド系の研磨剤に比べて顕著なメリットがあります。多結晶ダイヤモンドは粒子形状が均一で、鋭利なエッジが多いことが特長です。同時に作用する砥粒エッジの数とサイズにより、ダイヤモンド研磨剤による材料除去率が決まります。ダイヤモンド研磨または琢磨のために適切な（単結晶または多結晶の）研磨剤を選択するには、予め加工要件を明確にする必要があります。低コストの単結晶ダイヤモンドでも良好な琢磨結果を得ることは基本的に可能ですが、その分だけ手間がかかります。

ダイヤモンド研磨剤はキャリア材料の種類によっても違いがあります。以下の3つのキャリア材料が一般的ですが、そのうちどれを選択するかは使用状況により異なります。

ダイヤモンドペースト：研磨布に塗布したときの砥粒濃度が高いため、必ず潤滑剤を足す必要があります。

ダイヤモンド懸濁液：研磨布に均一に分散します。放置時間が長くなるときは、分離しないように注意します。

ダイヤモンドスプレー：研磨布に均一に分散します。必ず潤滑剤を足す必要があります。一度に使用する用量が多いため、目減りが早いという欠点があります。

酸化物研磨剤を使用した、金属組織検査用試料の琢磨

金属組織検査用の最終琢磨には、主に酸化物研磨剤が使用されます。

酸化物研磨剤には、二酸化ケイ素懸濁液と酸化アルミニウム懸濁液の二種類があります。いずれも水性ないしアルコール性懸濁液として市販され、調合せずにそのまま使用できます。粒径0.1 µm～0.06 µmの懸濁液が使用されます。

懸濁液の使用方法についての細かい決まりはありません。しかし、腐食しやすい試料片にはアルコール系懸濁液の使用をお勧めします。

二酸化ケイ素：あらゆるオーステナイト鋼、アルミ合金、チタン合金、貴金属合金

酸化アルミニウム：黄銅、低合金鋼から非合金鋼、ねずみ鋳鉄クラスまで

酸化物研磨剤を使用した機械的除去または化学機械的除去により、金属組織検査用の予備琢磨後も残っているスミアと変形層が取り除かれます。この工程により良好ないし極めて良好な試料面が得られます。また、このような「ダブル攻撃」により、琢磨時間を短縮できます。ダイヤモンド研磨剤に比べてコストを大幅に抑えられるのも、酸化物研磨剤のメリットです。

金属組織検査用琢磨に使用する研磨布および研磨円板

金属組織検査用の琢磨のために、各種の表面構造や素材（絹、レーヨン、毛織物、フェルト生地、発泡樹脂など）の研磨布が用意されています。

ダイヤモンド入りの特製研磨円板もあります。

金属組織検査用の予備琢磨には、潤滑剤の他に、弾性の低い（硬い）布を使用するのが普通です（鋭利なエッジを維持するために、衝撃吸収弾性の小さいものを使用することが重要）。柔らかすぎる琢磨布で縁だれしてしまうと、薄い試料片などでは解析に支障を来します。

最終琢磨の段階では、より弾力性のある毛羽だった布に切り替えます。

中間琢磨用の研磨布には、予備琢磨用と最終琢用の中間の弾性が求められます。

金属組織検査用の研磨と琢磨に関するアドバイス

金属組織検査用試料の作製において、研磨と琢磨は一般的に用いられる加工方法です。ほとんどあらゆる材料の加工方法について、専門的な知見が揃っています。それでも発生し得るエラーの原因に配慮しながら、適切な手順を選択する必要があります。多段階にわたるワークフローのため、特に手作業での加工には時間がかかります。その一方で、自動化の度合いを高めるには、比較的大きな設備投資を覚悟する必要があります。

また、場合によっては次のリスクを評価しなければなりません。

• 金属組織検査用の琢磨に摩耗性のある研磨材（研磨剤）を使用すると、特に硬度の異なる相をもつ材料を加工する場合には試料片の表面が傷付くおそれがあります。なかでも複合材料では、このリスクを完全に排除することはできません。
• 研磨により組織のエッジと粒界が丸みを帯びることがあります。
• 紙や繊維などの有機材料は化学反応により膨張するため、材料に接触しても化学変化を起こさない冷媒と潤滑剤を使用する必要があります。冷却性能が十分でない場合、金属試料片が熱劣化したり、その微細構造が変化したりします。

研削・研磨装置の市場は細分化しており、用途ごとに多様なソリューションが揃っています。用途や容量に応じて、シンプルな半手動式から全自動式のものまで研削・研磨装置には様々な種類があります。アプリケーションの多様性を考えれば、それはもっともなことです。研削・研磨用の消耗品を慎重に選び、試料作成パラメータを適切に設定することで、ほぼどのような材料でも良好な成果が得られます。特に、セラミック、複合材料、充填・強化プラスチックの試料の作製に適しているのは、機械的な研削・研磨技術だけです。

以下に、参考までに研削と研磨のヒントをいくつか示します。

2. コメットテール

金属組織学的に説明すると、手作業での加工時に試料断面を一つの研磨方向または琢磨方向だけに保持すると、軟質な基地に含まれた非金属介入物、細孔、硬質相でコメットテールと呼ばれる現象が生じやすくなります。このアーチファクトは、特に大型の試料片でよく起こります。

金属組織検査に最適な試料片を作製するには、試料片に偏った研磨方向が生じないように加工する必要があります。

4. 金属組織検査試料の研磨材・研磨剤の保管

サンドペーパーに含有された炭化ケイ素粒子、ダイヤモンド研磨剤に含有されたダイヤモンド、または酸化物研磨剤に含有された酸化物など、金属組織検査やその他の目的に使用される研磨剤（研磨材）は、金属組織検査用の試料片の作製時に試料面に圧着します。

たとえば以下の場合に、そのような圧着が生じます。

• 金属組織検査用に極めて硬質な材料と極めて軟質の材料からなる複合材を研磨する場合
• 極端に軟質な材料の試料片や、硬質相と軟質相が混在する複合材料の試料片を作製するのに、過度に高い研磨圧力または琢磨圧力が加えられた場合
• 研磨剤の砥粒濃度が高すぎ、過大な研磨圧力が加えられる場合
• 誤った粒径の研磨材・研磨剤が使用される場合
• 琢磨中に潤滑膜が剥がれた場合。潤滑剤の塗布量が足りないと、試料片の過熱を招くおそれがあります。
• 粘性の低すぎる潤滑剤を使用した場合
• 不適切な（硬すぎる、または柔らかすぎる）研磨パッドまたは研磨布を使用した場合。衝撃吸収弾性に注意して適切なものを選ぶ必要があります。
• 試料の加工方向が偏っていた場合