直讀光譜儀在鐵基材料成分檢驗中的應用

發布日期：2019-10-22 11:04:55 來源：互聯網

原子發射光譜法是根據處于激發狀態的待測原子回到基態時發射的特征譜線對待測元素進行分析的方法。這一分析方法包括了三個主要過程：即首先由光源提供能量使樣品蒸發，形成氣態原子，并進一步將氣態原子激發產生光輻射；然后將光源發出的復合光經單色光器分解成按波長順序排列的光譜，最后用檢測器檢測光譜中譜線的波長和光強度。由于待測元素的原子能級結構不同，因此發射譜線的波長不同，據此可對樣品進行定性定量分析。在各種材料的定性定量分析中，原子發射光譜法發揮了重要作用，特別是新型光源的研制與電子技術的不斷更新與應用，使原子發射光譜分析獲得了新的發展，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電極，用光源發生器使樣品與電極之問激發發光，并將該光束引入分光室，通過色散原件將光譜分解后，對選定的內標線和分析線強度進行測量，根據標準樣品制作的標準曲線，求出樣品中待測元素的含量。

3、試驗條件

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。

對電極：直徑4 mm。

供電要求接地電阻小于4 Q，主機供電220 V 16 A 50 Hz，計算機供電220 V 16 A50 Hz；

環境條件：溫度范圍15℃～30℃，相對濕度20％～80％。

4、樣品制備

直讀光譜儀分析技術要求分析樣品應保證均勻，無縮空和裂紋，鑄態樣品的制取應將鋼水注入規定的模具中，用鋁脫氧劑時，脫氧劑含量不應超過0.35%，鋼材取樣應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世友創業(北京)科技有限公司的磨樣機，對于面粗主糙的樣品用砂輪機先粗磨，然后用砂紙磨盤或砂輪研磨機細磨。由于公司產品的質量要求高，而且經常有新產品開發的材料檢測任務，都具有很高的精度要求，通過反復實踐和總結，把握以下兩點對提高光譜檢驗的精度非常有益，其一，將樣品用車床和銑床加工成光滑平面，并且用無水乙醇擦拭。其二，將標準樣品，控制樣品及試樣在同一溫度條件下激發。

5、減少分析誤差的方法探索

無論如何對于直讀光譜儀檢測，都存在分析誤差。以下幾個方面選擇最合適的參數，可以限度地減少誤差。

(1)干擾校正

干擾校正主要包括兩個方面：，以基本元素(Fe)為內標，建立分析元素與內標間相對強度對元素含量的標準工作曲線，以消除高含量基體對微量元素測量的影響。第二，針對固定的元素通道給選擇元素測定波長帶來的不便及高含量元素的干擾，利用儀器的軟件進行自動的干擾校正。

(2) 標準工作曲線

在選定的分析條件下，測定標準樣品中元素的譜線強度，以基體(Fe)為內標，繪制相對強度與元素含量的標準工作曲線，在清理了火花臺內部，清理了光路，改變了基體，更換了氬氣瓶或調整了氬氣流后，都應利用兩點法進行曲線標準化校正。

(3)氬氣純度及沖洗時間對測量結果的影響

氬氣不純會導致樣品激發不正常，也就是有擴散放電，使試樣表面色澤發白，其激發譜線強度降低，特別是硫元素的譜線波長較短，易被水蒸汽和空氣中的氧吸收。譜線強度更低，從而使分析結果嚴重偏低。一般要求氬氣純度在99．99％以上。

氬氣沖洗時間主要有激發室容積的大小、氬氣流量及純度、樣品表面對氧和水分的平均吸收量等因素決定。實踐證明，氬氣沖洗時間適當延長，有利于改善元素測定結果的準確度和精密度，一般不低于3 s。

(4)樣品的組織結構對測量結果的影響

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

①在原校正曲線的基礎上，根據不同單位的樣品，制作現場校準曲線。

②用自制控制樣品進行類型標準化，用自制控制樣品類型標準化后的曲線進行樣品分析。

(5)樣品的制備精度對測量結果的影響

樣品制備對分析結果有顯著影響，特別對硫元素影響更大。一般要求樣品表面要潔凈、紋路清晰，無氣孔、砂眼。有氣孔、砂眼，將影響激發效果，使結果偏高。紋路不清晰對測量結果也有影響，同一塊樣品磨制，紋路不清，分析結果與紅外碳硫儀對照，結果偏差較大，重新磨制紋路清晰后再分析，則結果與紅外碳硫儀測定值接近。

(6) 樣品溫度對測量結果的影響

通過長期實踐證明，光譜分析樣品的溫度與檢測結果也有很直接的關系，所以在前面取樣分析中已作了詳細的闡述，特別是樣品溫度對硫元素測定結果產生一定影響，溫度越高，影響越大。因此在制樣或樣品激發過程中，如果樣品溫度過高，應將樣品冷卻至接近室溫后再測定。樣品元素分布的偏析對測量結果的影響，金屬材料中各個元素分布偏析現象是普遍存在的，只有對標準樣品的制備才提出了較高的元素均勻化處理的要求，所以在檢測過程中只能通過控制檢測樣品的溫度，特別是硫，它是鋼中易偏差的元素之一。鋼在冷卻過程中，是由外至內逐漸冷卻的，由于中心溫度高于邊緣溫度，硫元素向中心富集造成偏差，易導致測量結果偏差較大。在取制樣品時要緩冷，避免急冷，分析時應至少激發3個點，而且激發點分布要均勻。

6、存在的問題

(1)檢測時雖然對樣品的用量少，只需在樣品的表面激發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果的誤差增大，如上所述硫元素的檢測，它屬于易于偏析的元素。

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

(3)理論上對任何形狀的鐵基材料都可以檢測，但由于火花臺面設計與制造的原因，盡管配備小樣品火花臺及小樣品夾具，還有部分小樣品仍然無法檢測，一些小的棒材及管材的檢測數據準確度不夠。

(4)儀器對大氣壓力及溫度變化的適應能力還存在一定的差異，樣品檢測過程中大氣壓力及溫度的細微變化對檢測結果都會產生一定的影響。

(5)光譜分析是一種相對的分析方法，需要一套標準樣品對照，往往由于標準樣品不易制備而使分析受到一定限制，特別是檢測進口樣品，因沒有相應的標準樣品無法進行準確的測定。

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