铝合金的成分分析

1、固态原子原子吸收光谱法测定杂质元素的吸光度值。其原理是以喷射加速的辉光放电技术及阴极溅射技术为核心的ATOMSOURCETM 原子化器，在氩气和真空环境的推动下，原子化过程中剥离出来的基态原子进入处在光线轴线位置的光室中，形成滞留一定时间的、稳定的、有凝聚力的“原子云”对真空阴极灯（HCL）产生的特征谱线进行吸收，产生吸收信号，通过检测系统将信号转换、处理（图1 所示），从而测得铝合金中各成分含量。本方法试样处理过程简单，采用独特的固态原子化系统，很好地提高了原子化效率及分析速度。1.样品预处理测量之前，应用砂纸磨平样品待测平面，擦拭干净，使表面平滑洁净(为能使之完全覆盖密封圈和夹紧在样品平台

2、上，避免泄露空气，样品直径要大于2.5cm，厚度不小于0.5cm)。2.主要仪器A30 Pulsar 金属分析仪（美国Leeman Labs 公司），由光源、原子化系统、分光系统和检测系统四部分组成。其中。光源采用的是空心阴极灯，一次性可安装30 只，实现自动更换；原子化系统采用ATOMSOURCETM 原子化器；分光系统由色散元件、反射镜、狭缝组成；检测系统由检测器、放大器和读数系统组成。3.仪器主要技术指标仪器主要技术指标如表1 所示。表1 仪器主要技术指标光谱仪 35cm Czerny Turner 单色器光栅 平面光栅1800 条/mm倒线色散率 1.536nm/mm入射狭缝宽度 0.

3、2，0.5，0.7nm 带宽出射狭缝宽度 0.2，0.5，0.7nm 带宽光电倍增管 28mm 直径，侧窗-UV 及VIS元素可选 71 种空心阴极系统 30 位灯座，直流射频电源，每一元素控时程序化氩气 99.999%冷却水 4L/min，73bar（循环冷却）4.仪器工作条件仪器工作条件如表2 所示 铝基92#样品 波长 狭缝宽度 预燃烧时间 积分时间 真空度 电压 Si 250.690nm 0.2nm 3 s 7 s 7 400v Fe 248.327 0.2 3 7 7 650 Ti 364.268 0.2 3 7 7 650 Mg 285.213 0.2 3 7 7 750（二）结果

4、与讨论1.参数设置样品的溅射也就是燃烧条件有两个参数控制：压力与功率。压力控制控制离子化的氩气流由阳极流向样品表面。而功率控制控制在阳极出口处气体离子化的程度。压力控制条件下，真空度一般在230torr 之间进行调整。大部分常规分析在58torr 之间，微量元素分析定在1012torr。功率控制条件下每个元素电压范围为3002000V，功率控制在101000W。通常情况下，样品分析的电压为5001000V，微量分析在400750V。上述两个控制条件的选择取决于样品材料及溅射的程度。溅射的成分越多，一方面可增加元素的吸光值，另一方面也会造成样品的背景发射增大，往往会影响到测量的稳定性3。预热时间

5、在样品进行分析时非常重要，它关系到分析的稳定性。预热的目的是使灯源及样品的溅射达到相对平衡。这样，才可保证测量有良好的重现性。大多数元素至少需要23 秒的预热时间，有些元素则要6 秒以上。数据采集时间是在样品预热完成后，样品内的积分时间（DAQ 时间）。大部分元素积分时间为68 秒，有些微量元素要求较长的积分时间。数据采集时间在元素选择页的Set Value 页中选择。对于每一元素，其总的预热时间及数据采集时间为20 秒。原子吸收法采用锐线光源的同时仍需要一个单色器，以分离出吸收线用于原子吸收测量，隔除不需要测量的非吸收线。对于确定的仪器单色器倒线色散率是一定的，所以单色器光谱通常只取决与狭缝

6、宽度。狭缝宽度选择应以保证有最佳灵敏度和信噪比为原则 2.工作曲线对标样逐个测试，得出各分析元素的工作曲线。其方程形式为：C=A×I2+b×I+c；式中C 为被测元素浓度与所有元素总浓度的比值，I 为被测元素的吸收与内标元素Al 的吸收比，a 为二次系数，b 为一次系数，c 为常数。表3 中给出了a、b、c 的值元素 a b cSi 6.28325e-2 1.2683e-1 3.76027e-4Fe 0 1.31526e-3 -3.078e-5Ti 4.752e-3 -2.2481e-3 1.8437e-5Mg 1.97256e-2 -2.97911e-4 2.20709e

7、-43.工作曲线的修正在样品的连续分析过程中，采用重新测量修正标样，以便与原始曲线数据进行比较，校正吸收漂移。这个修正标样，可以是曲线上的某一点，也可以是其他的不在该曲线上的标样。但这个标样中所有元素的浓度必须是已知的。这是由于绝大部分曲线都选择通过零点（零浓度，零吸收），曲线修正时只进行一点修正，因此要求该点的浓度值一定要准确。4.干扰及消除固态原子吸收与原子吸收光谱法、发射光谱法一样存在着光谱干扰、背景干扰和基体干扰。只是影响相对较小，且在消除干扰方面更彻底。光谱干扰的消除：采用原子吸收方式，光谱简单，光谱干扰少；三种可选狭缝宽度，能有效的分开一些杂质在分析线近旁发射出单色器不能分开的谱线

8、造成干扰；并采用射频脉冲灯电流控制，强度高，预热时间短来消除多重吸收线的干扰。背景干扰的消除：第一、采用低真空度，一般先将原子化器室抽至真空度0.3torr 以下，再以惰性气体的工作环境，设定一个最佳真空度值，并针对每个分析元素单独设置最佳的测试参数，逐个激发、吸收；第二，采用分时处理方式 TRS，最大限度地实时控制实验数据的采集。基体干扰的消除：采用辉光放电对样品进行逐层剥离测量，基体干扰极小。5.其它影响因素工作气体氩气直接作用于样品测量，氩气的纯度对测量有影响，纯度越高对测量越有利，一般要求在99.99%以上；在平整样品测量面时，采用砂纸来磨样，导致砂纸中的Si 渗入样品表面，产生偏差，

9、影响RSD 值。铝合金铜元素数字化可见光谱分析技术研究1 实验部分1.1 仪器WKT-04 型台式看谱镜、WKT-10A 型便携式看谱镜（天津谱析光学仪器厂生产）； 光谱范围为390700 nm；光源使用电弧放电光源。LTR2.0 可见光谱数字化处理系统（北京莱特锐科技发展有限公司生产）。1.2 试样和试验条件采用块状或棒状光谱试样，表面经细砂纸打磨处理。分析间隙为0.52 mm；电弧电流为5 A；预燃时间为10 s；电极采用纯铁对电极。1.3 可见光谱的数字化处理使用LTR2.0 可见光谱数字化处理系统将看谱镜输出的可见光谱线转变成数字化的电子谱图，经计算机处理后在屏幕上显示， 同时可以进行

10、视场定位、谱线辨别、定量分析和牌号鉴别等应用。计算机屏幕上显示的使用铁对电极时ZL105 铝合金中Cu 510.55 nm谱线组数字化电子谱图见图1。1.4 视场定位及谱线辨别视场定位及谱线辨别一直是可见光谱分析工作的技术难点，尤其对初学者来说是一个较高的技术门槛。利用可见光谱数字化技术可以解决视场定位及谱线辨别的难题。图2 为数字系统Cu 510.55 nm 谱线组视场定位和谱线辨别示意图。在屏幕下半部分的对比标定区给出了铝合金中Cu 510.55 nm 谱线组的典型谱图，并对主要谱线进行了标定。在选定进行Cu 510.55 nm 谱线组分析后， 根据系统指示调节看谱镜鼓轮到指定读数。点燃光

11、源后， 屏幕上半部分观测区中出现的Cu510.55 nm 谱线组视场谱图与对比区的图谱完全对应，定位完毕后的视场如图2 所示。利用对比区标定的谱线可对观测区的分析谱线和比较谱线进行辨别，观测Cu 510.55 nm 等Cu 元素谱线位置处有无谱线出现，判定样品中是否含有Cu 元素。如果有谱线出现，可使用数字化分析功能进行Cu 元素含量的测定。2 结果与讨论2.1 铝合金中铜元素可见光谱特征利用光谱线波长表8可以得到Cu 元素在可见光范围内的谱线分布情况9。Cu 元素在可见光区相对强度较高的谱线组为Cu 510.55 nm 谱线组和Cu 570.02nm 谱线组。Cu 510.55 nm 谱线组

12、常用于进行铜元素的分析测定，本工作选用该谱线组进行铝合金中铜元素的分析。铝合金的基体Al 元素的谱线很少，在电弧激发方式下，Al 元素可见光范围内仅有7 条谱线， 铝合金中元素测定无法借助基体元素谱线进行强度比对。进行铜元素测定不能使用铜对电极， 铝合金中铜元素分析最好选用铁对电极，可以利用铁谱线作为比较谱线。图3 给出了使用铜对电极和铁对电极时ZL105 铝合金Cu 510.55 nm 谱线组的视场对比情况。图中上部为Cu 510.55 nm 谱线组的铜谱线， 中间为使用铜对电极的ZL105 铝合金图谱， 下部为使用铁对电极的ZL105铝合金图谱。由图3 可见，使用铁对电极时，视场内铁元素谱

13、线丰富，非常便于比较谱线的选用。Cu 510.55 nm 谱线组视场范围内其他元素谱线较丰富，Ni10、Co11、W12、Nb13、Mg14和Cd 等元素在该视场内均有常用分析谱线， 进行这些元素的分析测定时常借助铜对电极的Cu 510.55 nm 谱线定位待测元素特征谱线。2.2 数字化分析可见光谱数字化分析系统利用数字视频技术进行材料可见光谱图的数字化处理， 可得到视场中所有谱线的相对强度数据， 并直观地在谱图中以折线的形式显示出来。ZL205 铝合金Cu 510.55 nm 谱线组的谱图经数字化处理后的定量折线图如图4 所示。得到了视场中各条谱线的强度数据后， 分析谱线和比较谱线间的相对

14、关系就能以准确的数值表示。进行定量分析时，选用一条相对强度高、线性好的分析线和一条稳定的比较谱线即可。2.3 定量分析利用数字化分析给出的分析谱线和比较谱线间较为精确的比值，可以进行快速准确的定量分析。图5 为使用数字系统对3 种牌号的铝合金样品Cu 510.55 nm 谱线组谱图进行数字化处理后的对比情况。3 种样品Cu 元素的质量分数为1# 5.50% ，2#4.44%，3# 3.61%。选用Cu 元素谱线Cu 510.55 nm 作为分析谱线，选用铁元素谱线Fe 510.75 nm 作为比较谱线， 使用LTR2.0 数字系统对两条谱线的强度进行量化比较。数字系统给出了3 种牌号铝合金样品

15、的分析谱线Cu510.55 nm 和比较谱线Fe 510.75 nm 的强度比值：1#为2.14，2# 为2.05，3# 为1.96。以上数据为每一试样连续测定10 次的平均值，RSD：1# 为6.09%；2# 为7.10%；3# 为5.05%。当进行实际材料测定时，可利用Cu 510.55 nm 和比较谱线Fe 510.75 nm 的强度比值制定工作曲线，由系统将测定值转变为铝合金样品中Cu 元素的含量数值。进行定量分析时，也可以选用其他相对强度高、线性好的分析谱线和其他相对稳定的比较谱线。2.4 牌号鉴别可见光谱分析的另一个主要工作内容是进行牌号鉴别， 这也是在生产现场使用可见光谱分析的主要目的。系统可根据客户需求设置待测牌号合金的谱图及成分技术指标， 进行牌号鉴别时可直接对系统已设置的牌号进行鉴别。