金属材料成分分析技术发展前景

金属材料成分分析技术发展前景

郁 杨

身份证号码： 32020219800107****

摘要：随着金属材料工业的发展，普通的钢铁材料已经不能完全适应时代发展的需要，一些新材料如高强度钢、超高强度钢、铝合金等应运而生。金属材料在使用过程中所表现的各种性能如机械性能（拉、压、冲、弯、扭）、物理性能和其他性能，直接决定了其应用范围、安全可靠性以及使用寿命。鉴于此，本文针对当前金属材料成分分析技术发展前景进行了详细分析，以供参考。

关键词：金属材料；成分分析技术；发展前景

1导言

近年来随着检测技术的进步，快速、准确、高效的自动化分析仪器为金属材料中元素含量的测试提供了更多种选择，而且每种测试方法都有一定的适用范围和选择性。因此在零部件产品生产研发和质量控制中，为了得到快速准确的测试结果，应充分考虑样品特性、元素的特点、仪器的测试范围，不应局限于单一的方法，应力求高效、准确。

2金属材料成分分析技术分析

对于金属中的元素成分测试，传统的测试方法通过制备少量的金属碎屑，将碎屑通过一定的方式溶解，再采用实验室的滴定法、比色法、容量法等测试。随着化学测试仪器设备技术的进步发展，衍生了一批快速分析测试的设备，如火花放电原子发射光谱仪、波长色散X射线荧光光谱仪、碳硫分析仪、氧氮氢分析仪等试验设备在一定程度上取代了传统化学滴定、重量法，实现了快速、准确的测试要求。但是也存在一些样品溶解方式无法被取代，如元素含量极低的情况下，如质量浓度达到10-6-10-9级别时，同样可以借助传统的溶样方式，再采用高灵敏度的仪器设备：石墨炉原子吸收光谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、电感耦合等离子体质谱仪等测试

2.1火花源放电原子发射光谱法

该方法俗称直读光谱方式，是将制备好的金属样品块在火花光源的作用下，与对电极之间发生放电，在高温文惰性气氛中发生等离子体，被测元素的原子被激发时，电子在原子内不同能级间跃迁，当从高能级向低能级跃迁时发生特征谱线，通过测量该种特征谱线的波长和强度，并且特征谱线的强度与元素的浓度呈比例联系，实现对待测元素进行定性分析和定量分析。火花放电原子发射光谱法，俗称直读光谱法。它可以同时测定包括C、Si、Mn、P、S在内的非金属和金属多种元素，测试范围为百分之几。为了提高测试的准确性，除了应用仪器设备自带的校准曲线，通常需要建立相应基体的标准曲线进行校准和验证。该方法要求样品的规整度较高，如果为碎屑、粉末、表面不规则样品或者溶液状态则不能测试。

2.2原子吸收光谱法

原子吸收光谱剖析（AAS）是根据试样蒸气相中被测元素的基态原子对由光源发出的该原子的特征性窄频辐射发生共振吸收，其吸光度在一定范围内与蒸气相中被测元素的基态原子浓度成正比，以此测定试样中该元素含量的一种仪器剖析方法。AAS测试范围在为μg/ml以上4~6个数量级，一般是单个元素测试，但不能连续同时多个元素的测试，此外对非金属元素的灵敏度偏低。依据进样方式分为一般的火焰AAS和石墨炉AAS，所有AAS测试进样都需要将固体样品转换为液体样品，对大部分金属元素可直接测试，但对于部分元素如砷、锑元素需要氢化发生反应生成氢化物测试。

2.3石墨炉原子吸收技术

石墨炉原子吸收技能使用的原理主要在于利用石墨资料制作成管或杯等形状的原子化器，并使用电流加热原子化进行原子吸收剖析，以此来进行金属资料成分的剖析。由于样品悉数参与原子化，石墨炉原子吸收技能可以有用防止原子浓度在火焰气体傍边的稀释，所以，石墨炉原子吸收技能的灵敏度有了明显的提高，这一技能办法常被使用在测定衡量金属元素方面，其功能水平比较其他新技能办法更具优势，而且可以使用在少数样品的剖析和固体样品的直接剖析方面，因而，其使用领域也较为广泛，在金属成分检测中发挥着重要的效果。

2.4电感耦合等离子体发射光谱法

电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES），是利用通过高频电感耦合产生等离子体放电的光源来进行原子发射光谱剖析的办法。它是一种火焰温度规模为6000至10000K的火焰技能。该发射强度表示样品中元素的浓度。ICP-AES在钢铁、铝合金、锌合金、高温合金等冶金分析方面应用较广。同AAS一样，ICP-AES的进样也需要将固体样品转换为液体样品，它可以一次同时测试多种元素，测试范围在μg/ml以上至100%，测试灵敏度高，不仅可以测试金属元素，还可以测试部分非金属元素B、P、S、Si等。ICP-AES在低合金钢、铝合金、钛合金、锌合金等测试有应用。

2.5波长色散X射线荧光光谱法

波长色散X-射线荧光光谱仪（WD-XRF）是一种可以对多元素进行快速一起测定的仪器。在X射线激发下，被测元素原子的内层电子发生能级跃迁而宣布次级X射线（即发生X-荧光），采用晶体分光而后由探测器接收通过衍射的特征X射线信号。如果分光晶体和控测器作同步运动，通过不断地改变衍射角，可获得样品内各元素所发生的特征X射线的波长及各个波长X射线的强度，并依此进行定性和定量分析。WD-XRF方法对样品的要求类似于火花放电原子发射光谱。WD-XRF已经广泛应用于岩矿的成分测试，在钢铁领域的不锈钢、铝合金成分测试也有应用。但是WD-XRF不适合分析轻质量元素以及极低含量如0.01%以下的元素测试。

2.6非金属元素CS/ONH分析法

金属元素中的C、S与O、N、H通常采用红外吸收法和热导检测仪测试，俗称碳硫分析仪和氧氮氢分析仪。碳硫分析仪（CS仪）即高频感应炉燃烧后红外吸收仪，针对金属中的非金属元素碳和硫，电负性相差不大，在金属中都能形成碳化物或硫化物，碳在钢铁中以碳化物和游离态碳存在，再高温富氧的条件下可被氧化成二氧化碳和二氧化硫。二氧化碳和二氧化硫具有永久电偶极矩，都有振动、转动等结构，按照量子力学的分裂能级，入射特征波长红外辐射耦合产生吸收，根据朗伯-比尔定律，吸收强度与浓度呈正比关系，测量经红外吸收后的红外光谱的强度，便可计算出二氧化碳或二氧化硫的含量。CS分析测试的C、S质量含量可低至0.005%和0.0005%。

4金属材料成分分析技术发展前景

伴随着当代社会经济的发展与科学技术的不断进步以，人们日常需求也不断得到增长，更多金属材料被运用到生实际产当中。同时，为了愈加精确地进行新式复杂金属材料的成分剖析，提高剖析作用和质量，就必须要不断进行新技能办法的研讨。在当代发展模式下，金属材料所有成分的分析工艺技术正在朝着高效、精确的方向跨进，而且在操作流程方面逐渐趋于自动化、智能化，测量精度和灵敏度以及精确度方面也在不断的提升，未来人类科技文明必然会向着更高的维度跨进，而作为科学技能重要组成部分的金属材料与加工工艺、成分剖析工艺也必然会获得愈加宽广的开展空间，推进我国人类文明的进步与开展。

结束语

总之，在快速检测和分析金属材料方面，通过各类新型分析技术对金属材料分析，其方法具有准确、稳定、快速等多种特点，对于金属材料检测过程中，针对物浓度检出限要求较高的合金钢，通过新型的检测在高铬元素环境下，依然能保持良好稳定的检测结果。除此之外，该方法对电极的保护良好，且针对金属材料中的不同元素可以进行同时检测，同时检测速度也能够得到保障，但对于其中更精密的分析仍有不足，且该方法成本较高，对于技术环境要求苛刻，但在实验过程中仍能得到很好的应用，具有良好的应用价值。

参考文献：

[1]崔媛.新技术下金属材料成分分析技术发展前景[J].云南化工，2018，45(04):110-111.

[2]程美洁.金属材料成分分析技术现状及发展趋势[J].资源节约与环保，2015(08):20.

[3]狄海燕.新技术下金属材料成分分析技术发展前景[J].科技创新与应用，2014(26):53.

[4]胡江桥.金属材料成分分析技术现状及发展趋势[J].中国新技术新产品，2013(20):99-100.