金屬材料成分檢測(cè)8種方法
金屬材料包括純金屬、合金、特種金屬等，可以廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括航空、機(jī)械、計(jì)算機(jī)硬件等領(lǐng)域。隨著各行業(yè)對(duì)金屬材料的需求不斷增長(zhǎng)，一些復(fù)雜的材料應(yīng)運(yùn)而生。金屬的成分組成是決定材料性能的主要因素，了解金屬成分及性能，才能更好的將材料應(yīng)用到產(chǎn)品中。
在生產(chǎn)活動(dòng)中，我們經(jīng)常要面對(duì)兩個(gè)問題，一是金屬是什么材質(zhì)，另一個(gè)是某個(gè)金屬材料是否符合想要的材料要求。通過對(duì)金屬材料的成分進(jìn)行分析，可以了解材料的成分，從而對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)于出現(xiàn)問題的產(chǎn)品進(jìn)行分析，還可以分析原因，消除隱患。
金屬材料分析相關(guān)知識(shí)
自然界中大約有70多種金屬，其中常見的有鐵、銅、鋁、錫、鎳、金、銀、鉛、鋅等。而合金是指兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬結(jié)合而成，具有金屬特性的材料。常見的合金如鐵和碳所組成的鋼合金；鐵、鉻、鎳組成的不銹鋼；銅和鋅所形成的黃銅等。
金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。
黑色金屬又稱鋼鐵材料，包含純鐵，含碳 2%～4%的鑄鐵，含碳小于 2%的碳鋼，以及各種用途的結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、工具鋼、高溫合金、精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。
鐵是地球上較豐富且價(jià)廉的金屬元素，幾乎是所有的產(chǎn)業(yè)不可欠缺的基礎(chǔ)素材。從冰箱、廚具、洗衣機(jī)、汽車、鐵道、電車、鐵橋、船舶、電塔、樓宇、廠房、機(jī)械無不充斥著它的身影。
有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。合金的強(qiáng)度和硬度一般比純金屬高，并且電阻大、電阻溫度系數(shù)小，具有良好的綜合機(jī)械性能。常用的有色合金有鋁合金、銅合金、鎂合金、鎳合金、錫合金、鈦合金、鋅合金等。作為結(jié)構(gòu)材料和功能材料廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)、建筑業(yè)、電子工業(yè)、航空航天、核能利用等領(lǐng)域。
金屬材料分析測(cè)試方法
金屬材料的成分分析測(cè)試方法不斷的發(fā)展，由傳統(tǒng)的滴定法、分光光度法不斷發(fā)展到新型的測(cè)試方法，如等離子體發(fā)射光譜法，火花直讀光譜法等，由傳統(tǒng)一個(gè)一個(gè)元素測(cè)試，到現(xiàn)在可以同時(shí)測(cè)試多個(gè)元素，效率和準(zhǔn)確度不斷提高。其不同測(cè)試方法的原理及特點(diǎn)如下：
1. 分光光度法
分光光度法是一種對(duì)金屬元素進(jìn)行定量分析的分析方法，通過測(cè)定被測(cè)物質(zhì)的特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸光度和發(fā)光強(qiáng)度，對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析的方法。具有應(yīng)用廣泛、靈敏度高、選擇性好，準(zhǔn)確度高、分析成本低等特點(diǎn)，缺點(diǎn)是一次只能分析一個(gè)元素。檢測(cè)儀器包括紫外分光光度計(jì)、可見光光度計(jì)，紅外分光光度計(jì)。
2. 滴定法
滴定法是用一種標(biāo)準(zhǔn)濃度的試驗(yàn)試劑對(duì)溶液中所包含的金屬成分進(jìn)行測(cè)試，在金屬中成分與試劑充分反應(yīng)后，就可以使其達(dá)到較終的滴定終點(diǎn)。該方法適用于含量在1%以上各種物質(zhì)的測(cè)試。此方法主要缺點(diǎn)是效率不高。
3. 原子光譜分析法
原子光譜分析法可以分為原子吸收光譜法和原子發(fā)射光譜法，是一種傳統(tǒng)的分析金屬材料成分的技術(shù)，原子吸收光譜法的原理是通過氣態(tài)狀態(tài)下基態(tài)原子的外層電子對(duì)可見光和紫外線的相對(duì)應(yīng)原子共振輻射線的吸收強(qiáng)度來定量分析被測(cè)元素含量。該方法特別適合對(duì)氣態(tài)原子吸收光輻射，具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、選擇性強(qiáng)、分析范圍廣及精密度高等優(yōu)點(diǎn)。但也有缺陷，不能同時(shí)分析多種元素，對(duì)難溶元素測(cè)定時(shí)靈敏度不高，在測(cè)量一些復(fù)雜樣品時(shí)效果不佳。
原子發(fā)射光譜法的原理是通過各元素離子或原子在電或熱激發(fā)下具有發(fā)射出特殊電磁輻射的特性。該法使用發(fā)射物來進(jìn)行定性定量分析元素，可以同時(shí)測(cè)試多種元素，消耗較少的樣品就可以達(dá)到測(cè)量目的，同時(shí)還可以較快的得到測(cè)得結(jié)果，一般檢測(cè)整批樣品時(shí)采用該方法，但較差的精確度是其致命的缺點(diǎn)，且只能分析金屬材料的成分，對(duì)于大多數(shù)非金屬成分束手無策。
4.X射線熒光光譜法
X射線熒光光譜法大多數(shù)用來測(cè)定金屬元素，也是一種常見的金屬材料成分測(cè)定方法。其測(cè)試原理是：基態(tài)的原子在沒有被激發(fā)狀態(tài)下會(huì)處于低能態(tài)，而一旦被一定頻率的輻射線激發(fā)就會(huì)變成高能態(tài)，高能狀態(tài)下會(huì)發(fā)射熒光，這種熒光的波長(zhǎng)非常特殊，測(cè)定出這些X射線熒光光譜線的波長(zhǎng)就可以測(cè)定出樣品的元素種類。把標(biāo)準(zhǔn)樣品的譜線強(qiáng)度作為參照比較被測(cè)樣品的譜線，即可以測(cè)出元素的含量。該方法是定性半定量的方法，在金屬成分分析中主要作為大概含量的確定。
5. 電感耦合等離子體光譜法
電感耦合等離子體發(fā)射光譜法是當(dāng)前使用較廣泛的方法。其原理是利用金屬元素受到激發(fā)而產(chǎn)生電子躍遷，此躍遷會(huì)在譜線上表現(xiàn)出一定強(qiáng)度而進(jìn)行測(cè)定元素及含量，測(cè)試范圍廣且靈敏度高，分析速度快，準(zhǔn)確度高，可以在一條標(biāo)線下成批量樣品測(cè)試，及同時(shí)測(cè)試多個(gè)元素。
6.火花直讀光譜法
火花直讀光譜儀是用電?。ɑ蚧鸹ǎ┑母邷厥箻悠分懈髟貜墓虘B(tài)直接氣化并被激發(fā)而發(fā)射出各元素的特征波長(zhǎng)，用光柵分光后，成為按波長(zhǎng)排列的“光譜”，這些元素的特征光譜線通過出射狹縫，射入各自的光電倍增管，光信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)儀器的控制測(cè)量系統(tǒng)將電信號(hào)積分并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，然后由計(jì)算機(jī)處理，測(cè)試出各元素的百分含量。該法準(zhǔn)確度高，可進(jìn)行多元素同時(shí)分析，在一次激發(fā)和分析中同時(shí)獲得幾十種元素的定性和定量分析結(jié)果。簡(jiǎn)單易行，分析速度快，可在20秒內(nèi)同時(shí)測(cè)量合金鋼或有色合金的幾十種元素含量，實(shí)時(shí)分析。不消耗昂貴的化學(xué)試劑或特種輔料?？梢灾苯訉?duì)固體樣品進(jìn)行測(cè)試。缺點(diǎn)是對(duì)樣品形狀尺寸有一定要求。
7. 碳硫分析
金屬材料中尤其是鋼材類金屬中，碳元素和硫元素是主要的測(cè)試元素，而以上的方法都不能直接對(duì)碳元素和硫元素的精確定量。因此，碳、硫元素需要用碳硫分析儀進(jìn)行測(cè)試。試樣中的碳、硫經(jīng)過富氧條件下的高溫加熱，氧化為二氧化碳、二氧化硫氣體。該氣體經(jīng)處理后進(jìn)入相應(yīng)的吸收池，對(duì)相應(yīng)的紅外輻射進(jìn)行吸收，由探測(cè)器轉(zhuǎn)發(fā)為信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理輸出結(jié)果。此方法具有準(zhǔn)確、快速、靈敏度高的特點(diǎn)，高低碳硫含量均可使用。
8.氧氮分析
氧氮分析儀是通過氧氮分析儀在惰性氣氛下，通過脈沖加熱分解試樣，由紅外檢測(cè)器和熱導(dǎo)檢測(cè)器分別測(cè)定各種鋼鐵、有色金屬和新型材料中氧、氮的含量。具有準(zhǔn)確度高，檢出限低等特點(diǎn)。
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