激光诱导击穿光谱法对钢中夹杂物类型的表征

激光诱导击穿光谱( LIBS)不仅可以对材料整体成分进行分析,还可进行微区及成分分布分析。本实验采用激光诱导击穿光谱对两牌号钢铁样品进行扫描分析,尝试对34CrNiMo6钢中的MnS夹杂物和重轨钢中的Si-Al-Ca-Mg复合夹杂物进行表征。结果表明,34CrNiMo6钢中元素信号的二维强度分布及元素通道合成后,个别位置Mn及S两元素的信号强度同时异常高,可确定试样中存在较多MnS夹杂物;重轨钢中元素的二维强度分布及元素通道合成后,个别位置Si、Ca、Mg及Al元素的信号同时异常高,可确定试样中存在Si-Al-Ca-Mg复合夹杂物。采用扫描电子显微镜/能谱法( SEM/EDS)对上述样品中夹杂物的对比分析结果表明,两种方法对夹杂物类型的判定结果一致。     

激光诱导击穿光谱法对钢铁偏析样品的分析

经典判断钢铁样品是否存在偏析带方法有金相显微及硫印方法,其缺点在于分析速度慢,且无法提供元素的含量分布信息。文中在最佳实验条件下,采用激光诱导击穿光谱(LIBS),在空间横向分辨率约为100 μm左右对两块钢铁中低合金板坯及均匀样品扫描分析,在建立校准曲线的基础上,将元素强度二维分布转化为含量二维分布。研究表明,编号为86#样品C,Si,Mn,P,S及Cu等元素存在明显的偏析,编号为174#样品C,Si,P,Ti等元素存在明显的偏析,并对偏析带的宽度进行估算,其偏析带的位置及宽度与金相显微分析方法相吻合。对均匀样品扫描分析,C,Si,Mn,P,S等元素均匀分布,不存在偏析带,通过元素强度或含量二维分布图可间接反映样品的均匀性。与传统的金相分析方法相比较,LIBS不仅可快速准确体现样品偏析带位置及宽度,而且还可同时提供元素含量分布(如C,Si,Mn,P,S等元素)等方面的信息。此方法可用于快速对钢铁样品是否存在偏析带及其宽度进行表怔,从而为钢铁冶炼工艺的改进提供理论依据。     

柱前衍生—反相高效液相色谱法测定钢铁及合金中铌

建立了反相液相色谱法测定钢铁及合金中铌的分析方法。采用HNO3 HF H2 SO4 溶解样品 ,用酒石酸络合铌 ,以 2 (5 溴 2 吡啶偶氮 ) 5 二乙基氨基酚为柱前衍生试剂 ,在C18柱上用甲醇 水 (体积比为 5 6∶4 4 )为流动相 ,其中含 0 .0 1mol·L- 1pH为 3.5的HOAc NaOAc缓冲液。在60 0nm处测定了铌的配合物 ,方法检出限为 1.5 μg·g- 1。应用此法直接测定了合金铸铁和中低合金钢样品中铌 ,其加标回收率为 96.8%～ 10 3.2 %     

硫化锰夹杂物面积与激光诱导击穿光谱信号强度关系的统计分析

在风电主轴上制取金相试样(材料牌号34CrNiMo6),用激光诱导击穿光谱仪(LIBS)扫描分析了抛光表面上S、Mn、Fe、Cr、Mo、Si和Al等元素的二维分布。使用金相显微镜对比扫描分析前后的金相照片,提取了各烧蚀点覆盖区域的MnS夹杂物形貌,获得了S和Mn两元素异常信号分布特征及对应激发区域内的MnS夹杂物面积数据,分析了夹杂物面积与信号强度之间的关系。结果表明,S和Mn两元素基本都在相同位置出现异常信号,且两元素的异常信号强度具有明显的线性相关性,材料中的MnS夹杂物是引发S和Mn出现异常信号的最主要来源,并且MnS夹杂物面积与S和Mn两元素的异常信号强度之间存在较强的线性相关性,可以通过对异常信号的分析来识别MnS夹杂物并确定其尺寸及分布状态。通过建立简化物理模型,计算了MnS夹杂物面积与S和Mn两元素含量之间的关系,在低含量段,得到了夹杂物面积与S和Mn两元素含量之间近似呈线性关系的结果,进而验证了S和Mn两元素异常信号强度与MnS夹杂物面积之间线性相关的实验结果。分析认为,元素的宏微观偏析、夹杂物面积测量的偏差、预剥蚀导致的夹杂物剥落等因素都会对夹杂物面积与信号强度之间的线性统计关系产生影响。     

激光诱导击穿光谱对不规则未知镀层样品的分析

传统经典的镀层分析方法分析速度慢,对于不规则镀层样品较难分析,文中在最佳分析条件下,采用激光诱导击穿光谱法对两块不规则未知镀层样品进行分析,镀层分析曲线表明,两块未知镀层样品采用渗锌工艺制备而成,镀层表面的锌、 铁元素是主量元素,少量的铬起钝化作用,镀层界面下则是中低合金钢,用一套中低合金钢标准样品建立校准曲线,准确分析了镀层界面下中低合金钢的化学成分及Cr和Mo元素在镀层表面的含量变化情况,从而对未知不规则镀层样品的化学成分有一个深入的了解。     

基于直方图的感兴趣区图像边缘检测

当图像中的某些区域具有比其它部分更高的重要性时,基于感兴趣区域(ROI)的边缘检测功能就尤为重要。但是当前大部分算法均针对图像整体检测,这在一定程度上会影响对ROI区域的检测效果。针对该问题,提出一种基于ROI的边缘检测算法。新算法首先利用修正后的图像直方图特征选取ROI区域的分割阈值,然后根据分割阈值从背景中分离出ROI区域,最后选择最优边缘检测算子,完成基于ROI的边缘检测。实验结果表明:新算法能够更好的支持对ROI区域的边缘抽取。     

激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱技术在材料表面微区分析领域的应用进展

激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)技术不仅可以对导体及非导体进行元素的成分含量分析,而且还可进行元素分布及涂层深度表面微区分析,故在元素分析领域引起广泛的关注。主要介绍了LA-ICP-MS的仪器装置及其表面微区分析理论,同时对LA-ICP-MS在钢铁、有色金属及半导体等材料科学领域中的元素分布及涂层深度表面微区分析应用进展情况进行回顾,与SEM/EDS(扫描电子显微镜/能谱仪)、EPMA(电子探针微区分析)、AES(俄歇电子能谱)等传统经典的表面分析方法的比较,LA-ICP-MS具有无需或很少样品制备、空间分辨率可调、多元素同时分析及灵敏度高等优点,目前LA-ICP-MS已成为这些经典表面微区分析工具强有力的补充。随着LA-ICP-MS分析技术进一步的发展与成熟,相信不久的将来越来越多的元素分析工作者会使用这一强有力的分析工具,它像LIBS(激光诱导击穿光谱)一样,将会成为元素分析领域非常耀眼的一颗新星。     

基于昆虫气味结合蛋白的新型酰基哌啶类化合物的构效关系

利用Sybyl7.3软件对29个具有驱避活性的新型酰基哌啶类化合物与气味结合蛋白AgamOBP1的结合模式进行研究,发现二者之间的结合以疏水作用和水桥作用为主. 其中酰基哌啶类化合物末端的疏水片段可与AgamOBP1结合腔内狭长的疏水通道产生相互作用. 同时,其关键药效基团——酰基氧可通过HOH153与AgamOBP1中的关键残基Trp114和Gly92或Cys95形成多重氢键作用. 利用比较分子力场分析法（CoMFA）和比较分子相似性指数分析法（CoMSIA）构建了新型酰基哌啶类化合物的三维定量构效关系（3D-QSAR）模型,其交叉验证系数r_cv²分别为0.650和0.587. 研究表明,在CoMSIA模型中,疏水场、静电场和立体场组合所得的三维构效关系模型最佳,其中尤以疏水场对这类酰基哌啶类化合物的驱避活性最为重要. 基于AgamOBP1靶标结合口袋特征和酰基哌啶类化合物的3D-QSAR模型得出具有驱避活性的酰基哌啶类化合物的构效关系如下：在酰基C上引入一定碳链长度的疏水基团可使化合物表现出驱避活性,其中又以含9~10个C的化合物的驱避活性最佳,这与AgamOBP1结合口袋的疏水性质密不可分;当酰基端碳链长度一定时,在哌啶环上不宜引入立体效应过大的取代基,这是由AgamOBP1结合口袋的大小决定的;与哌啶N相连的酰基作为氢键受体基团,对于化合物识别与结合AgamOBP1蛋白至关重要.     

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Al₂O₃夹杂物光谱信号,也有MnS夹杂物光谱信号,通过对Al₂O₃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Al₂O₃/MnS复合夹杂物中Al₂O₃夹杂物和MnS夹杂物的面积,将Al₂O₃夹杂物面积和MnS夹杂物面积加和,得到Al₂O₃/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Al₂O₃/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Al₂O₃/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Al₂O₃/MnS复合夹杂物的分析提供了一种有效手段。     

基于微束X射线荧光光谱的粉末冶金高温合金成分定量分布分析及应用

粉末冶金高温合金中元素偏析以及粉末原始颗粒边界是影响材料性能的重要因素,由于其颗粒粒径通常为几十微米,宏观的成分分布分析方法无法实现粉末原始颗粒边界处成分分布的精细表征。微束X射线荧光光谱（μ-XRF）是近年来发展起来的无损微区成分分布分析技术,可实现材料较大范围内元素快速、高分辨分布分析,目前在地质、考古、生物等领域有了较多的应用,但在复杂块状金属成分定量分布表征方面还存在一定困难,在粉末冶金工业领域还未见有应用报道。该试验研究了高温合金中各元素的荧光光谱行为,通过类型匹配的高温合金块状标准样品对元素定量模型进行了校正,建立了基于μ-XRF的高温合金成分定量分布分析方法,满足了粉末冶金工业对于较大范围内粉末边界成分分布精细定量表征的需求。该实验以经高纯钴合金化处理的放电等离子体烧结（SPS）粉末高温合金样品为研究对象,对经不同球磨时间混合处理后的粉末烧结样品中的Ni,Co,Cr,Mo,W,Ta,Ti和Al进行了定量统计分布分析,探讨了不同球磨时间对烧结样品成分分布的影响规律;发现样品中存在大量原始颗粒边界,且成分分布较不均匀,颗粒中心处仍然为原始高温合金颗粒成分,经球磨混合加入的纯Co粉颗粒仅存在于高温合金颗粒的外层,导致颗粒边缘Co含量明显高于颗粒中心。当球磨时间较短时,原始颗粒边界处存在很多Co富集区,当球磨时间增加到24 h时,由于在机械混粉过程中超细钴粉与高温合金的合金化,使烧结样品成分分布均匀性有了较大改善,原始颗粒边界处Co的含量显著下降,而其他元素的含量有所增加,说明球磨时间的延长,样品中各元素发生了明显的扩散,这将有助于元素偏析的改善,据此,该粉末冶金高温合金的制备工艺将得以改进。该法亦可应用于其他各种粉末冶金工业产品的成分定量分布表征,可为粉末冶金工艺优化、产品质量的改进提供数据支撑。