直讀光譜儀在鐵基材料成分檢驗(yàn)中的應(yīng)用

發(fā)布日期：2019-10-22 11:04:55 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)

原子發(fā)射光譜法是根據(jù)處于激發(fā)狀態(tài)的待測(cè)原子回到基態(tài)時(shí)發(fā)射的特征譜線對(duì)待測(cè)元素進(jìn)行分析的方法。這一分析方法包括了三個(gè)主要過(guò)程：即首先由光源提供能量使樣品蒸發(fā)，形成氣態(tài)原子，并進(jìn)一步將氣態(tài)原子激發(fā)產(chǎn)生光輻射；然后將光源發(fā)出的復(fù)合光經(jīng)單色光器分解成按波長(zhǎng)順序排列的光譜，最后用檢測(cè)器檢測(cè)光譜中譜線的波長(zhǎng)和光強(qiáng)度。由于待測(cè)元素的原子能級(jí)結(jié)構(gòu)不同，因此發(fā)射譜線的波長(zhǎng)不同，據(jù)此可對(duì)樣品進(jìn)行定性定量分析。在各種材料的定性定量分析中，原子發(fā)射光譜法發(fā)揮了重要作用，特別是新型光源的研制與電子技術(shù)的不斷更新與應(yīng)用，使原子發(fā)射光譜分析獲得了新的發(fā)展，成為儀器分析中最重要的方法之一。

2、原理

將制備好的塊狀樣品作為一個(gè)電極，用光源發(fā)生器使樣品與電極之問(wèn)激發(fā)發(fā)光，并將該光束引入分光室，通過(guò)色散原件將光譜分解后，對(duì)選定的內(nèi)標(biāo)線和分析線強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣品制作的標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出樣品中待測(cè)元素的含量。

3、試驗(yàn)條件

氬氣純度99.999%；

氬氣流量：沖洗6～15 L/min，積分2.5～7L/min，靜止0.5～1 L/min。

對(duì)電極：直徑4 mm。

供電要求接地電阻小于4 Q，主機(jī)供電220 V 16 A 50 Hz，計(jì)算機(jī)供電220 V 16 A50 Hz；

環(huán)境條件：溫度范圍15℃～30℃，相對(duì)濕度20％～80％。

4、樣品制備

直讀光譜儀分析技術(shù)要求分析樣品應(yīng)保證均勻，無(wú)縮空和裂紋，鑄態(tài)樣品的制取應(yīng)將鋼水注入規(guī)定的模具中，用鋁脫氧劑時(shí)，脫氧劑含量不應(yīng)超過(guò)0.35%，鋼材取樣應(yīng)選取具有代表性的部位。通常要求分析樣品的直徑大于16 mm，厚度大于2 mm，并保證樣品表面平整、潔凈，我們配有TM-400世友創(chuàng)業(yè)(北京)科技有限公司的磨樣機(jī)，對(duì)于面粗主糙的樣品用砂輪機(jī)先粗磨，然后用砂紙磨盤或砂輪研磨機(jī)細(xì)磨。由于公司產(chǎn)品的質(zhì)量要求高，而且經(jīng)常有新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的材料檢測(cè)任務(wù)，都具有很高的精度要求，通過(guò)反復(fù)實(shí)踐和總結(jié)，把握以下兩點(diǎn)對(duì)提高光譜檢驗(yàn)的精度非常有益，其一，將樣品用車床和銑床加工成光滑平面，并且用無(wú)水乙醇擦拭。其二，將標(biāo)準(zhǔn)樣品，控制樣品及試樣在同一溫度條件下激發(fā)。

5、減少分析誤差的方法探索

無(wú)論如何對(duì)于直讀光譜儀檢測(cè)，都存在分析誤差。以下幾個(gè)方面選擇最合適的參數(shù)，可以限度地減少誤差。

(1)干擾校正

干擾校正主要包括兩個(gè)方面：，以基本元素(Fe)為內(nèi)標(biāo)，建立分析元素與內(nèi)標(biāo)間相對(duì)強(qiáng)度對(duì)元素含量的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，以消除高含量基體對(duì)微量元素測(cè)量的影響。第二，針對(duì)固定的元素通道給選擇元素測(cè)定波長(zhǎng)帶來(lái)的不便及高含量元素的干擾，利用儀器的軟件進(jìn)行自動(dòng)的干擾校正。

(2) 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

在選定的分析條件下，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)樣品中元素的譜線強(qiáng)度，以基體(Fe)為內(nèi)標(biāo)，繪制相對(duì)強(qiáng)度與元素含量的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，在清理了火花臺(tái)內(nèi)部，清理了光路，改變了基體，更換了氬氣瓶或調(diào)整了氬氣流后，都應(yīng)利用兩點(diǎn)法進(jìn)行曲線標(biāo)準(zhǔn)化校正。

(3)氬氣純度及沖洗時(shí)間對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

氬氣不純會(huì)導(dǎo)致樣品激發(fā)不正常，也就是有擴(kuò)散放電，使試樣表面色澤發(fā)白，其激發(fā)譜線強(qiáng)度降低，特別是硫元素的譜線波長(zhǎng)較短，易被水蒸汽和空氣中的氧吸收。譜線強(qiáng)度更低，從而使分析結(jié)果嚴(yán)重偏低。一般要求氬氣純度在99．99％以上。

氬氣沖洗時(shí)間主要有激發(fā)室容積的大小、氬氣流量及純度、樣品表面對(duì)氧和水分的平均吸收量等因素決定。實(shí)踐證明，氬氣沖洗時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，有利于改善元素測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度，一般不低于3 s。

(4)樣品的組織結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

儀器所帶的校準(zhǔn)曲線采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)樣品制作。由于標(biāo)準(zhǔn)樣品和試樣的冶煉工藝和制作過(guò)程不同，標(biāo)準(zhǔn)樣品多為鍛造、軋制狀態(tài)，試樣多為澆鑄狀態(tài)，加工過(guò)程不同，組織結(jié)構(gòu)也不同，影響其熔點(diǎn)和導(dǎo)熱性，改變其被光源清濁的程度，從而影響分析結(jié)果。我們用中低合金鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品(GSBH40068～93)驗(yàn)證曲線線性和準(zhǔn)確性，其中硫元素的線性和準(zhǔn)確性偏離較大。為了消除組織結(jié)構(gòu)不同造成的影響，在光譜分析中我們采取如下措施：

①在原校正曲線的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同單位的樣品，制作現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)曲線。

②用自制控制樣品進(jìn)行類型標(biāo)準(zhǔn)化，用自制控制樣品類型標(biāo)準(zhǔn)化后的曲線進(jìn)行樣品分析。

(5)樣品的制備精度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

樣品制備對(duì)分析結(jié)果有顯著影響，特別對(duì)硫元素影響更大。一般要求樣品表面要潔凈、紋路清晰，無(wú)氣孔、砂眼。有氣孔、砂眼，將影響激發(fā)效果，使結(jié)果偏高。紋路不清晰對(duì)測(cè)量結(jié)果也有影響，同一塊樣品磨制，紋路不清，分析結(jié)果與紅外碳硫儀對(duì)照，結(jié)果偏差較大，重新磨制紋路清晰后再分析，則結(jié)果與紅外碳硫儀測(cè)定值接近。

(6) 樣品溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐證明，光譜分析樣品的溫度與檢測(cè)結(jié)果也有很直接的關(guān)系，所以在前面取樣分析中已作了詳細(xì)的闡述，特別是樣品溫度對(duì)硫元素測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生一定影響，溫度越高，影響越大。因此在制樣或樣品激發(fā)過(guò)程中，如果樣品溫度過(guò)高，應(yīng)將樣品冷卻至接近室溫后再測(cè)定。樣品元素分布的偏析對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，金屬材料中各個(gè)元素分布偏析現(xiàn)象是普遍存在的，只有對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備才提出了較高的元素均勻化處理的要求，所以在檢測(cè)過(guò)程中只能通過(guò)控制檢測(cè)樣品的溫度，特別是硫，它是鋼中易偏差的元素之一。鋼在冷卻過(guò)程中，是由外至內(nèi)逐漸冷卻的，由于中心溫度高于邊緣溫度，硫元素向中心富集造成偏差，易導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏差較大。在取制樣品時(shí)要緩冷，避免急冷，分析時(shí)應(yīng)至少激發(fā)3個(gè)點(diǎn)，而且激發(fā)點(diǎn)分布要均勻。

6、存在的問(wèn)題

(1)檢測(cè)時(shí)雖然對(duì)樣品的用量少，只需在樣品的表面激發(fā)少量的樣品即可完成光譜全分析，但由于取樣量少，樣品不均勻而使分析結(jié)果的誤差增大，如上所述硫元素的檢測(cè)，它屬于易于偏析的元素。

(2)樣品分析時(shí)要對(duì)材料的表面做拋光打磨處理，雖然磨損量微小，但對(duì)于一些壁厚較薄的材料，還是有可能超出樣品檢測(cè)厚度的負(fù)偏差。

(3)理論上對(duì)任何形狀的鐵基材料都可以檢測(cè)，但由于火花臺(tái)面設(shè)計(jì)與制造的原因，盡管配備小樣品火花臺(tái)及小樣品夾具，還有部分小樣品仍然無(wú)法檢測(cè)，一些小的棒材及管材的檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不夠。

(4)儀器對(duì)大氣壓力及溫度變化的適應(yīng)能力還存在一定的差異，樣品檢測(cè)過(guò)程中大氣壓力及溫度的細(xì)微變化對(duì)檢測(cè)結(jié)果都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

(5)光譜分析是一種相對(duì)的分析方法，需要一套標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)照，往往由于標(biāo)準(zhǔn)樣品不易制備而使分析受到一定限制，特別是檢測(cè)進(jìn)口樣品，因沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)樣品無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定。

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