Поскольку настоящий сайт посвящен металлографии, то естественно, что здесь нас интересует применение сплава Вуда в металлографическом препарировании, т.е. пробоподготовке. Каким образом он используется и какова его структура?

Сплав Вуда в Интернете представлен на многих сайтах. Как правило, информация на них повторяется. Приведен состав, физические свойства, история создания. Отмечается его низкая температура плавления. При этом упоминаются другие легкоплавкие сплавы.
По данным Википедии сплав Вуда — тяжелый легкоплавкий сплав, изобретенный в 1860 году английским инженером Барнабасом Вудом Температура плавления 68,5 °C, плотность 9720 кг/м³. Состав (мас.%): олово — 12,5; свинец — 25; висмут — 50; кадмий — 12,5. Применяется в прецизионном литье, в операциях изгиба тонкостенных труб, в качестве выплавляемых стержней при изготовлении полых тел способом гальванопластики, для заливки металлографических шлифов, в датчиках систем пожарной сигнализации, в качестве низкотемпературной нагревательной бани в химических лабораториях и др.

Металлографическое применение и структура сплава Вуда в Интернете  рассматриваются мало. Нет и иллюстраций.

Применение сплава Вуда в пробоподготовке

Для металлографического исследования надо сделать шлиф, т.е. поверхность образца, которая рассматривается в микроскоп, должна представлять собой зеркало. Если образец достаточно велик, то его обработка не представляет проблем. После отрезки его зачищают на шлифовальном круге, потом на шкурках, пастах и окончательно полируют. При этом получают зеркальную поверхность. Но что делать, если надо увидеть, например, структуру проволоки в поперечном сечении или тонкий (в несколько микрометров) слой на поперечном шлифе образца, или структуру металлического порошка? Просто так не отполируешь. Проволока согнется, если приложить усилие при обработке, порошок надо как-то превращать в компактный материал, а тонкий слой «завалится», т.е. не будет плоским, а превратится в закругление и не будет виден в микроскоп. Это показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Завал кромки образца; 1 - кромка образца, которая находится ниже фокуса; 2 - участок, находящийся в фокусе; 3 - участок, находящийся выше фокуса; 2000^х.

Поэтому площадь образца надо искусственно увеличить. Для этого на медную пластину ставят оправку (кольцо высотой порядка 1 см), внутрь нее помещают образец, а свободное пространство заливают расплавленным сплавом Вуда. Поскольку температура его плавления невелика, то структура образца в результате этого не изменится. Если же образец относится к легкоплавким сплавам, то вместо сплава Вуда применяют пластмассы или эпоксидную смолу, которые затвердевают при комнатной температуре. Пример заливки образца сплавом Вуда и пластмассой показан на рисунке 2. При таком способе приготовления шлифа край образца будет хорошо виден.

а	б

Рисунок 2. Образец, залитый в сплав Вуда (а), пластмассу (б).

Образец, изготовленный с заливкой, будет  также  "в резкости" по всей поверхности (рис.3). 

Рисунок 3. Образец, приготовленный с заливкой сплавом Вуда (углеродистая сталь, обработка компрессионной плазмой); 2000^х.

Структура

Что представляет собой сплав Вуда с металлографической точки зрения? Прежде всего следует сказать, что он состоит из компонентов, которые не активно растворяются друг в друге при комнатной температуре, а также не образуют химических соединений. Еще более замечательно то, что на всех бинарных диаграммах состояния этих компонентов есть эвтектика. Структура сплава Вуда представлена на рисунке 4. Она представляет собой типичную структуру литья: светлые дендриты  твердого раствора и сложная эвтектика. 

а	б

Рисунок 4. «Свежий» сплав Вуда (а) и б/у после многократного переплава и заливки шлифов (б).

Фазовый и химический состав сплава Вуда

Ретгеновские данные подтверждают то, что в сплаве Вуда нет химических соединений между компонентами. На рентгенограмме присутствуют интерференционные линии металлов, составляющих сплав.  Ниже показана рентгенограмма сплава Вуда, выполненная на дифрактометре ДРОН-3 в излучении меди, а также результаты ее расшифровки. 

 Рисунок 5. Рентгенограмма сплава Вуда. 

Для определения того, какие элементы есть в составе сплава, можно использовать сканирующую электроннум микроскопию (СЭМ). При этом можно установить состав в определенной точке поверхности. Ниже показан состав сплава на двух участках - на светлом (в растровом микроскопе он выглядит светло-серым) и на темном.  На светлом участке обнаружен только висмут. Его в сплаве 50%, значит светлые дендриты - это висмут. В темных участках обнаружены все 4 элемента, составляющие сплав. 

Рисунок 6. Состав сплава Вуда на светлом участке (отмечен красным маркером).

Рисунок 7. Состав сплава Вуда на участке эвтектики.

Интересно выглядит структура сплава Вуда после многократного использования? Такой сплав загрязнен, поэтому трудно сказать, какой точно он имеет состав (да и нет необходимости!). А вот как он выглядит знать надо. Поскольку сплав литой, то в нем присутствуют дендриты. Светлый дендрит может быть висмутом. Темные  - возможно и на основе свинца, но точно сказать можно только после проведения элементного анализа. 

а	б
в	г

Рисунок 8. Дендриты в  "грязном" сплаве Вуда": а - светлое поле, б, в, г- дифференциально-интерференционный контраст.