中低合金钢冲击断口表面的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱原位统计分布分析

通过钢材冲击断口表面的成分分布结果分析影响材料冲击性能的原因,对材料研究具有重要意义。本文提出了小样品非连续异形面的原位统计分布分析表征方法,以激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)获得中低合金钢冲击断口表面的元素含量信息,运用统计分析方法得到断口表面B、Al、P、S、Mn、Ti、V、Co、Cu、Nb等元素的位置分布、统计偏析度、最大偏析度。结果表明,Mn在样品断口表面中部区域存在着较为严重的偏析,统计偏析度高达19.50。通常认为元素的严重偏析必定伴随着夹杂物的聚集,因此由所建立的LA-ICP-MS原位统计分布分析方法得出的Mn存在较为严重的正偏析结果,与扫描电镜分析得到的Mn夹杂物含量偏高的结论具有较好的一致性。

火花源原位统计分布分析技术研究船板钢坯断口样品中碳元素的偏析

以火花源原位统计分布分析方法获得船板钢坯样品表面的元素含量分布信息,运用数据切割的方法将原始火花数据进行切割,然后与实际样品切割进行位置对应,从而实现了通过间接方法得到冲击断口样品侧表面碳元素分布分析数据。采用裁减合并的方法得到碳元素的平均统计偏析度为0.706 8,与实际分析结果取得了很好的一致性。该方法可用于中低合金钢小样品异形面中碳元素的火花原位偏析分布分析。

激光诱导击穿光谱法分析精度提高的研究

信号波动严重、强烈的连续发射干扰复杂光谱、激光能量波动、重复性差等影响激光诱导击穿光谱法(Laser Induced Breakdown Spectrometry,简称LIBS)的分析精度。本文在自主研制的激光光谱仪上,通过采用激光光束调整技术兼顾空间分辨率和数据稳定性,门控积分技术提高LIBS的分析灵敏度和检测下限,数据筛选技术提高数据的可靠性等手段提高了LIBS的分析精度。对一中低合金钢中的C、Si、Mn、P、S、B、Mo、Ni、Cr、V、Cu、Ti、Al、W、Fe等15个元素进行LIBS测定,测定结果的相对标准偏差除P和B外,其他元素均小于10%,分析精度高于文献报道的LIBS。

X射线荧光光谱分析方法的检出限测量方法研究

X荧光光谱仪器发展迅速,应用领域广泛,由于其能够快速、准确分析样品,不需要繁琐的前处理和耗材,已能替代部分传统AAS,ICP和ICP-MS等分析仪器。如何准确地评价其应用性能,以更便捷地使用,常用检出限作为评价方法的重要指标。检出限计算方法和形式较多,一般等于空白样品的3倍标准偏差,在实际样品分析时,小于检出限的含量,不可检出;大于检出限、小于定量限的含量,可定性分析;大于定量限的含量,可准确分析。XRF计算方法和分析领域中常用的检出限计算方法不同,传统分析方法测量值符合正态分布,是连续分布;XRF测量值属于泊松分布,是离散分布,只有在计数足够大的时候才能接近正态分布。在实际分析中,往往不会耗时去积累足够大的计数。介绍了7种检出限的计算方法:X荧光泊松分布法、K倍标准偏差法、线性校准法、RSD法、SD直线外推法、环境监测分析法、海洋监测规范法。以X荧光重金属检测仪的检测数据为例,测试6个大米粉参考样品中Pb,As和Cd元素含量,详细对比了各方法的计算过程和考虑因素。由于实际样品中很难找到绝对不含被测元素的空白,以近似空白样品替代。泊松分布方法测试次数最少,测2次即可快速准确计算方法检出限;线性校准法,考虑因素最多,通常认为是检出限计算方法中较为准确的方法,在多种检出限方法比较时可将该结果作为参考值;RSD法和SD直线外推法测试次数较多,可用于没有空白样品或不能直接获得光谱强度时,RSD法可作为检出限判断的必要条件,RSD>43%不能定性检出。

不锈钢中成分的原位统计分布分析基体影响校正

采用金属原位分析仪对不锈钢样品中成分进行分析时,基体含量对测定产生影响,为此提出了基体校正数学模型。以含量比为横坐标、强度比为纵坐标绘制工作曲线,运用该工作曲线对实际不锈钢样品中镍和铬进行分析,以验证基体校正模型的正确性。结果表明,基体校正后工作曲线线性得到了改善,样品的测试结果偏差显著减小。

低合金钢断口化学成分的激光烧蚀电感耦合等离子体质谱原位统计分布分析表征

通过激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)对标准样品表面进行四点定点分析,从而得到校准曲线,再利用得到的校准曲线对断口表面进行扫描分析,根据样品移动台的精确定位得到样品表面的位置信息,用激光器的聚焦位置来模拟样品表面的深度信息,描述了样品的表面形貌,从而得到样品表面元素原位统计分布分析状况,实现了对非平面表面元素的原位统计分布分析表征。利用本文的方法对一低合金钢冲击试样断口表面的16种元素进行原位统计分布分析,结果表明:断口表面各位置的元素含量统计分布基本符合正态分布,唯Al、Zr、Nb的统计偏析度较大。

原位统计分布分析中的温度效应及其数学校正模型

采用金属原位分析仪对钢铁成分偏析进行分析时,由于温度效应引起仪器偏析信号。本文通过考察温度对低合金钢中碳的激发强度的影响,提出对激发强度进行校正的温度校正数学模型,并通过对钢铁中碳的分析校正以验证数学模型的正确性。结果表明,校正后的统计偏析度95%置信区间宽度变窄,消除了因温度效应造成的不正确仪器偏析信号。校正模型是有效的,且不影响成分分析的准确性。

激光诱导击穿光谱法分析表面氧化钢铁样品中的碳硅锰磷硫铬镍铜铝

利用激光诱导击穿光谱法对中低合金钢中的碳、硅、锰、磷、硫、铬、镍、铜、铝九种元素进行了定量分析。采用铁基体作参比、信号积分平均的数据处理方法,考察了样品台高度、激光聚焦位置、积分延迟时间、低压充氩等因素对激光光谱信号的影响。通过反复试验,确定了焦点位于样品表面之下4mm、氩气氛围为4 000Pa等最佳分析条件。在优化条件下,中低合金钢标准样品GSBH40068-93中9种元素线性相关系数均大于0.99。所建立的方法可应用于存在表面氧化钢铁样品的直接测定。实验表明,本法在不进行样品处理条件下测定值与火花光谱测量结果相吻合。

不锈钢板中锰、钛、铝、铌夹杂物的原位统计分布分析

采用金属原位统计分布分析技术研究了系列不锈钢板中Mn,Ti,Al,Nb等类夹杂物存在的类型及状态,夹杂物的含量、组成、尺寸及位置分布等。该系列不锈钢样品中,各夹杂元素的分布具有不同的特点:Mn元素的大颗粒夹杂多位于板的中心部位;Ti,Al夹杂在整个横截面内分布则比较均匀;Nb大颗粒夹杂倾向于板的上、下表面附近及中心处。通道合成技术研究表明:Mn夹杂颗粒主要以硫化锰的形式存在;Ti夹杂主要以碳硫化钛的形式存在。给出了各类夹杂物的含量、粒度分布、平均粒径及20μm以上大颗粒夹杂的比例。综合分析和评价了各样品中夹杂物存在的种类及数量。该原位统计分布分析方法应用于不锈钢板中夹杂物的分析结果与传统的方法如金相、扫描电境等具有很好的一致性。

激光光谱原位统计分布分析技术测定汽车板表面线状缺陷中异常元素

用激光光谱原位统计分布分析方法(LIBSOPA)获得汽车板表面线状缺陷样品元素分布的信息。运用激光光谱定量分析、深度扫描和一维表面线扫描结合的方法得到缺陷部位和非缺陷部位的元素含量信息,然后与实际样品位置信息对应,从而得到垂直线状缺陷方向各相关元素的分布分析数据。采用激光光谱原位统计分布分析方法获得的汽车板表面线状缺陷异常元素的数据与其他方法(扫描电镜,辉光光谱法)的分析结果相符。该方法具有激发斑点小、微损分析、原位分析等优点,尤其在分析镀层覆盖下的线状缺陷方面优势明显,可以用于汽车用薄板表面线状缺陷异常元素的甄别,为改进生产工艺提供了新的判据。

材料非平面部位组成与状态的原位统计分布分析表征技术

采用激光原位统计分布分析(Laser-OPA)技术表征非平面表面小规格样品(焊管弧形表面、船板钢厚板坯冲击试样和定向凝固镍基高温合金涡轮叶片)的成分分布情况,首次提出用二维投影含量等高图、三维形貌含量等高图等方法来表征样品非平面表面各化学元素分布状况。焊管弧形表面元素的频度-含量分布与最大偏析度的结果较吻合;对于船板钢厚板坯冲击试样,火花原位(Spark-OPA)、激光诱导击穿光谱原位(LIBS-OPA)与激光烧蚀电感耦合等离子体质谱原位统计分布(LA-ICP-MS-OPA)的元素分布情况三者一致;高温合金涡轮叶片的LA-ICP-MS-OPA结果表明,低熔点元素在多晶带区域容易析出,工艺上采用定向凝固技术能有效改善析出现象。

钢中铝夹杂物粒度的金属原位统计分布分析模型研究

通过制备的铝夹杂物粒度分布参考物质,拟合了金属原位统计分布分析的异常放电强度与铝夹杂物粒度的工作曲线,据此建立了钢中铝夹杂物粒度分布的金属原位统计分析模型。实验选用生产样品,以扫描电镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)为检验手段,成功制备覆盖不同粒度范围的单块铝夹杂物粒度分布参考物质。研究发现铝夹杂物放电强度与夹杂物粒度呈现指数递增的定量关系。该数学模型用于铝夹杂物的粒度分布测定,结果与SEM得到的结果吻合,表明该原位统计分布分析的数学模型可以用于钢中夹杂物粒度分布的快速、大样本量分析。

球扁钢的激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱原位统计分布分析研究

提出了小规格异形材料的原位统计分布分析表征新方法,以激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱所得到的与球扁钢样品原始位置相对应的数以万计定量信息系统解析为基础,获得了样品各成分的定量统计分布信息,反映了该样品各组分的位置分布、统计偏析度、最大偏析度及其与材料质量间的相关性。所建立的新方法具有原始性、原位性及统计性的特点,可作为小规格异形钢铁材料研究及质量的判据。

金属原位分析仪的研制

本仪器以单次火花放电理论及信号分辨提取技术为基础,自主开发了单次火花放电光谱高速采集技术、单次火花放电光谱数字解析技术、无预燃连续激发同步扫描定位技术。并据此获得数以百万计与材料原位置相对应的各元素原始含量及状态信息。建立了统计偏析度、统计均匀度、统计致密度和夹杂物定量分析数学模型。首次采用统计解析的方法定量表征材料的偏析度、疏松度、夹杂物分布等指标。开创了金属原位统计分布分析新理论、新方法、新技术。并研制成功世界首台金属原位分析仪,实现了金属材料较大尺度范围内各组分的位置分布、状态分布及定量分布的准确信息(即对材料的化学成分、元素分布、偏析度、疏松度以及夹杂物分布的快速准确测定)。具有原始性、原位性及统计性的特点,可作为冶金工艺材料研究及质量判据。

改性沸石的探针反应表征

以异丙苯和正十六烷裂解两种特征探针反应对空气中焙烧脱铝、酸洗脱铝与脱铝 再铝化的 β沸石样品的活性进行表征 ,并与正丁胺滴定的结果进行比较 ,获得了关于 β沸石的酸性及其与催化活性相关联的认识。对正十六烷裂解反应和异丙苯裂解反应进行了动力学研究 ,证明正十六烷裂解是较易进行的、较快的反应 。

β沸石酸改性对结构和催化活性影响的研究

利用红外光谱和正丁胺滴定相结合 ,研究了Hβ沸石的盐酸脱铝过程。红外光谱的结果表明 ,稀盐酸溶液主要脱除非骨架铝和过渡态铝 ,浓盐酸溶液还可以脱除Hβ沸石的骨架铝。正丁胺滴定的结果发现酸洗Hβ沸石的总酸量在一定范围内与盐酸浓度呈线性关系 ,由此可计算Hβ沸石中的骨架铝和非骨架铝含量 ,以及酸脱铝Hβ沸石中酸量按强度的变化状况。为考察盐酸脱铝Hβ沸石的催化性能 ,文中还用脉冲微反技术讨论了脱铝过程对邻二甲苯异构化反应性能的影响。结果发现催化反应活性最大值点对应的盐酸浓度约为 0 0 4mol/L。

分析仪器长期稳定性表征方法研究

仪器的长期稳定性影响测量准确性。仪器长时间测量产生漂移,将导致测量结果超出允许限度。通常采用长时间内测量结果的标准偏差或不同时段测量平均值的标准偏差来衡量仪器的长期稳定性。但如何准确判定仪器长期稳定性能否满足测量标准要求,未见报道。长期稳定性测量本质是监控分析结果的精密度和正确度。基于标准中重复性和时间变化的再现性数据,通过检验长期稳定性试验中每个时段测量结果的精密度和正确度,并检验时段内精密度、时段间总精密度、总平均值的正确度,给出了系统表征长期稳定性的方法,得到仪器不进行任何校正即可保证测量准确的时限TMAX。在TMAX时间内,实验室无需使用标样或控样,节约时间和成本。

高铁车轮中复合夹杂物的火花光谱原位分析

火花发射光谱分析钢中单一夹杂物的研究已有文献报导,但用火花光谱分析钢中复合夹杂物一直是个难题。钢中复合夹杂物是一种单一夹杂物包裹另外一种单一夹杂物组成的复合体,或由两个及以上单一夹杂物紧密相邻结合体。如何区分材料中同时存在但不相邻的两种单一夹杂物和二者复合夹杂物,用火花发射光谱技术难于实现。该工作采用火花光谱原位统计分布分析(OPA)进行高铁车轮截面的夹杂物分析,OPA通过对经连续扫描的火花放电激发所产生的元素光谱信号进行采集和分析,可实现大尺度金属材料的成分及夹杂物统计分布表征,在同一激发位置下,当既有Al_(2)O_(3)夹杂物光谱信号,也有MnS夹杂物光谱信号,通过对Al_(2)O_(3)夹杂物和MnS夹杂物的火花光谱强度时序耦合处理,获得此时序对应位置处的复合夹杂物信息。根据超过阈值以上的火花光谱强度和夹杂物平均面积之间的良好线性关系,在同一位置下,分别获得Al_(2)O_(3)/MnS复合夹杂物中Al_(2)O_(3)夹杂物和MnS夹杂物的面积,将Al_(2)O_(3)夹杂物面积和MnS夹杂物面积加和,得到Al_(2)O_(3)/MnS复合夹杂物的面积。同时结合扫描电镜(SEM)分析小区域内的复合夹杂物,将每一个扫描电镜复合夹杂物面积对应一个OPA分析夹杂物的归一化面积,建立SEM和OPA两种分析方法获得的复合夹杂物面积的关系曲线,二者具有良好线性关系,线性相关系数大于0.99。取高铁车轮截面中另外两部分进行验证实验,得到的结果也与扫描电镜结果基本一致,即在分析小面积区域内Al_(2)O_(3)/MnS复合夹杂物,OPA分析的归一化结果也能够满足表征需要。除此之外,由于OPA可以进行部件全域分析,可检测到更多的较大Al_(2)O_(3)/MnS复合夹杂物颗粒,可有效避免扫描电镜(SEM)因分析区域有限造成大尺寸夹杂物漏检问题,为大尺寸金属构件的夹杂物分析特别是Al_(2)O_(3)/MnS复合夹杂物的分析提供了一种有效手段。

X荧光光谱法快速测定糙米中的镉

采用重金属镉富集装置对被测糙米进行先碳化后灰化的处理,使得被测糙米中的镉元素富集;将得到的被测糙米灰分放入样品杯中压制成被测样品,由X射线荧光分析装置进行测量,得到镉元素的信号强度,然后根据信号强度与浓度的比例关系自动计算样品中镉的含量。整个分析过程在15 mim以内,数据结果与AAS结果一致。

连铸薄板坯中铝系夹杂物的原位统计分布分析

采用原位统计分布分析的单火花放电解析及通道合成解析技术对连铸薄板进行了Al系夹杂物的系统解析,获得了断面不同区域及整个断面的铝系夹杂物的含量、分布、存在形式及粒度分布信息.