光谱分析技术的发展趋势及金属材料分析领域的应用要求课件

1、光谱分析技术的发展趋势及金属材料分析领域的应用要求内容概览第一部分： 光谱分析技术的发展趋势1.光谱分析仪器发展历史2.国内外发展现状3.未来发展趋势第二部分：金属材料分析领域的应用要求1.金属材料发展2.金属材料发展对光谱仪的要求3.用户对光谱仪的要求光谱分析技术的发展趋势第一部分光谱分析仪器发展历史光谱起源于17世纪，1666年物理学家牛顿第一次进行了光的色散实验。 光 1814年德国光学仪器专家夫琅和费研究太阳光谱中的黑斑的相对位置时把那些主要黑线绘出光谱图。谱 1859年基尔霍夫和本生为了研究金属的光谱制造世界上第一台实用的光谱仪器，从而奠定了一种新的化学分析方法光谱分析法的基础，他们

2、被公认为光谱分析法的创始人。 仪器 化学史上特殊地位： 发现自然元素中 1/ 7光谱分析仪器发展历史之后的60多年中，罗兰发明了凹面光栅，波耳的理论在光谱分析中起了作用，其对光谱的激发过程、光谱线强度等提出比较满意的解释。 1928年以后，光谱仪器激发光源的稳定性得到改进，本身性能大幅提高，光谱分析成了工业领域一种普遍的分析方法。 国内光谱分析仪器发展历史1958 年开始试制光谱仪器，生产了我国第一台石英摄谱仪。 王大珩院士 19711972年由北京第二光学仪器厂研究成功国内第一台WZG200平面光栅光量计，结束了我国不能生产光电直读光谱仪的历史。 研制比领先国家晚近100年国内光谱分析仪器应

3、用历史八 十年代以后，改革开放加快了我国分析仪器的研制、应用的发展脚步。我国铸造行业开始引进光电直读光谱仪作为熔炼过程中化学成份控制的分析手段。 国外先进品牌当时状况：美国Thermo Fisher Scientific公司的ARL2460德国SPECTRO 公司1982年开始推出SPECTRO LAB系列花火直读光谱仪德国OBLF公司 1992年推出RS1000系列火花直读光谱仪应用比领先国家晚近50年国内外仪器水平差距正在缩小2000年之后，国外开始出现CCD全谱分析仪器2008年国内开始有厂家试产基于CCD的全谱分析仪器2013年，经过5年的不断改进，国内CCD全谱分析仪器已经达到国际先

4、进水平比领先国家晚近8年2.光谱分析仪器国内外发展现状通道式与全谱式并存CCD入射狭缝凹面光栅罗兰圆光源PSCNiSiMnCrFeMgMoMnCrVCuCoAlCeWNiTi200300400波长通道式光谱仪测量谱线-蓝色，全谱式光谱仪测量谱线-红色分析块状金属样品主流光源普通火焰本生灯电弧/火花光源ICP样品电极激发光源的发展当今主流激发光源的能力对比光源蒸发能力激发温度/K稳定性应用直流电弧高4000-7000较差定性分析、难溶样品及矿物分析交流电弧中4000-7000较好低含量组分定量分析火花低5000-10000好金属、合金、难激发元素定量分析ICP很高6000-8000很好溶液、难激

5、发元素定量分析数字光源中（可调）4000-10000（可调）很好金属、合金、难激发元素定量分析、低含量组分定量分析以M5000可编程脉冲合成数字光源为例t1t5tn4530280每个电源的输出脉冲可以单独控制，再经过合成得到最终的激发波形t激发频率高达1000Hz通过脉冲合成可实现任意激发波形，获得最佳激发效果采用开关电源控制技术，光源稳定性好针对不同元素产生最佳激发波形火花性放电电流混合放电电流电弧性放电电流适合分析激发电位高的元素适合分析常规元素适合分析蒸发温度高及痕量元素脉冲合成全数字光源性能水平性能水平：JJG 768-2005发射光谱仪国家计量检定规程中的性能要求市场主流仪器市场主流

6、产品：ARL4460SPECTRO LAB10SPECTRO MAXXM5000Q4Q2FMCDF-100应用领域：铸造、机加工、有色金属、等各种金属材料分析、检验领域。PMT PMT +CCDCCDCCDCCDCCDCCDPMT CCD全谱读光谱仪主流3.光谱分析仪器发展趋势全谱台式光谱仪必将取代大型通道式光谱仪CCD传感器的发展趋势已形成，不可阻挡；全谱式光谱分析仪器的优越性以及其引领的市场趋势，不可阻挡；趋势一旦形成，不会轻易改变！仪器小型化、智能化的趋势，不可阻挡；3.光谱分析仪器发展趋势全谱台式光谱仪必将取代大型通道式光谱仪CCD传感器的发展趋势已形成，不可阻挡；全谱式光谱分析仪器的

7、优越性以及其引领的市场趋势，不可阻挡；仪器小型化、智能化的趋势，不可阻挡；CCD传感器的发展趋势CCD传感器的发展趋势3.光谱分析仪器发展趋势全谱台式光谱仪必将取代大型通道式光谱仪CCD传感器的发展趋势已形成，不可阻挡；全谱式光谱分析仪器的优越性以及其引领的市场趋势，不可阻挡；仪器小型化、智能化的趋势，不可阻挡；分析谱线少受PMT体积和安装空间的限制，通道式光谱仪测量的谱线只有二十条左右分析元素少由于通道光谱仪分析的谱线少，因此，分析元素也较少，一般只能同时分析十几个元素扩展性差通道光谱仪出厂后，能够分析的元素和基体种类就已经确定，无法增加新的分析元素或基体谱线信息少通道式光谱仪只能测量出缝宽

8、度内的谱线强度，谱线信息不全面，无法精确校正共存元素及背景光的干扰，分析精度差通道式直读光谱仪存在的不足全谱测量的优势通道配置不受限制可选择更多分析谱线更丰富的谱线信息全面的干扰、校正算法提供更多CCD全谱分析元素多？分析范围大？需求有变化？高、低含量都有最好的分析能力不同基体选择最合适的分析谱线不用再担心！ 还可以做到通道价格全谱测量的优势通道配置不受限制可选择更多分析谱线更丰富的谱线信息全面的干扰、校正算法CCD全谱看得清仪器的漂移看得清光谱背景看得清谱线干扰谱线智能漂移校正离峰背景扣除背景干扰谱线多峰拟合扣干扰背景线3.光谱分析仪器发展趋势全谱台式光谱仪必将取代大型通道式光谱仪CCD传感

9、器的发展趋势已形成，不可阻挡；全谱式光谱分析仪器的优越性以及其引领的市场趋势，不可阻挡；仪器小型化、智能化的趋势，不可阻挡；仪器小型化、智能化的趋势？金属材料分析领域的应用要求第二部分材料的发展史100W1W3K1K旧石器时代新石器时代青铜时代铁器时代1850s钢铁时代21世纪复合材料时代金属材料是人类历史的见证者，在材料工业中占据主导地位金属材料应用特点各种各样的应用需求衍生出种类繁多的金属材料高要求：行业的不断发展对材料要求越来越高多样性：应用场合多，需求类别复杂应用要求不断提高促进了新型材料的开发与应用汽车材料的多样性需求汽车上的零部件采用了4000余种不同的材料加工制造发动机有100多

10、种变速箱有35种以上汽车典型零件选材零件应用要求材料选择汽车齿轮高的弯曲疲劳强度、接触疲劳强度；较高的强度和冲击韧性；较好的热处理性能，热处理变形小。汽车齿轮用材是合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi，并经渗碳、淬火和低温回火。渗碳、淬火、回火后，还可采用喷丸处理，增大表面应压力，有利于提高疲劳强度，并清除氧化皮。发动机曲轴工作中受到弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力，且应力分布极不均匀；曲轴颈与轴承还发生滑动摩擦。材料需具有高的强度、一定的冲击韧度、足够的弯曲、扭转疲劳强度、足够的刚度，轴径表面有高的硬度和耐磨性。锻钢曲轴一般采用优质中碳钢和中碳合金钢制造，如30、45、35Mn2、40

11、Cr、35 Cr Mo等。铸造曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等制造，如ZG230-450、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。汽车板簧汽车板簧用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击载荷。因此，对汽车板簧的性能要求是材料要有较高的屈服强度和疲劳强度汽车板簧一般选用弹性高的合金弹簧钢来制造，如65Mn、65Si2Mn钢等。对于中型或重型汽车，板簧还采用50 CrMn、55 SiMnVB钢；对于中型载货汽车用的大截面积板簧，则采用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb钢制造。汽车发展对材料的要求节能减排汽车行业的可持续发展减少行进阻力：改进汽车结构提高燃油效率：改进发动机技术减少整车重量：采用轻质合金汽车每减重100公斤，可节省汽油0 .7升/百