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。     

一种用于冶金炉前快速分析的新仪器——激光诱导击穿光谱仪

冶金炼钢要求快速分析冶金炉前样品来及时掌握冶炼过程。文章介绍了自主研制的一种新型的光谱仪——激光诱导击穿光谱仪,该仪器采用ns级脉宽的Nd∶YAG激光器作为样品离子化光源,激光聚焦样品表面激发产生的等离子体光谱依次经帕邢-龙格光学系统进行分光、光电倍增管探测、门控积分器积分、模拟数字转换器转换后获得的最终结果输入计算机进行数据处理。和目前冶金炉前样品分析常用的光谱仪相比,该仪器无需样品预处理,分析速度快(1 min或更少),准确灵敏度高,非常适用于冶金炉前样品的快速分析。近年来随着光纤技术的迅速发展,使用该仪器进行钢液实时在线分析和动态控制冶金工艺必将成为现实。     

基于EEMD-MRA方法的LIBS信号处理研究

LIBS技术优点众多,但由于光谱噪声干扰和基体效应等因素,影响了分析的准确度[1];EEMD方法能清晰的将LIBS信号中的不同特征成分自适应的分解开来。MRA方法能够补偿元素信号之间的互干扰,可进一步提高LIBS信号的准确性。通过自行搭建的测试系统获得了标准样品的原始信号,使用EEMD-MRA方法进行处理后,元素浓度曲线的决定系数R2得到了极大的提高,大大的提高数据的准确性,为LIBS信号的处理提供了一种全新的方式。     

ICP-AES测定Ni-Cr合金在人工唾液中析出的Ni离子

在模拟口腔环境下用人工唾液浸泡Ni-Cr桥,150h后采用ICP-AES测定Ni-Cr桥在人工唾液中的Ni离子析出量.镍在0.01-7.5μg/mL内有良好的线性关系,相关系数为0.9998;方法检出限为0.0059μg/mL;标准加入法测定镍的回收率为92.3%-99.8%.     

X射线荧光光谱法对于土壤中痕量汞的快速检测

土壤中的重金属污染会影响农产品品质,进而对人体的健康产生危害。土壤中多种重金属元素通常使用化学法进行检测,需要在实验室使用强氧化性物质对土壤样品进行消解处理,然后对消解液进行测试。而X射线荧光光谱法可以实现土壤中多种重金属元素的快速检测,相对化学法检测,X射线荧光光谱法检出限较高。对于汞元素来说,其在土壤中的限值相对其他元素较低,直接使用X射线荧光光谱法对于低含量的样品难以实现快速检测。通过设计一个富集装置对土壤中汞进行富集,并使用X射线荧光光谱仪进行测试,实现土壤中汞的快速检测,可以满足实际测试需求。该装置首先对已准确称量的土壤样品进行加热,其中的汞元素会发生解吸,并使用滤膜对解吸出来的汞进行吸附,从而实现汞元素的富集。汞发生器会产生特定含量的含汞空气,使用不同的滤膜进行吸附,研究发现碳纤维滤膜具有很好的吸附作用,可以对空气中的汞进行有效富集。称取相同质量的土壤样品,在解吸温度为800 ℃的条件下,使用不同的抽气速率,并叠加两层膜进行吸附测试。研究发现随着通过滤膜气流速率的增加,第一层滤膜的谱峰强度随之降低,第二层滤膜的谱峰强度随之增加,结果表明较低的气流流速更有利于滤膜的吸附,并且使用1 L·min-1的气流流速时,解吸出来的汞基本全部富集到第一层滤膜上。通过滴加不同量的含汞溶液到高纯二氧化硅中,并通过此体系进行富集和测试,绘制汞的工作曲线,线性相关系数为0.998 5。通过对高纯二氧化硅进行多次测量,可计算检出限和定量限分别为7.52和25.06 ng,如果此时称样量为0.3 g, 计算可得土壤样品的定量限为0.083 mg·kg-1。对国家标准土壤样品进行测试,除低于定量限的一个样品之外,其余样品的相对偏差不大于11.1%,表明该方法可以实现农业用地土壤中重金属汞的快速检测。     

基于能量色散-X射线荧光光谱方法对轻稀土料液配分含量的在线测定

稀土精矿分离出单一稀土元素的工艺过程属于连续流程制造,多采用人工取样-ICP实验室分析测试的方法进行工艺监测与控制,检测结果滞后于生产实际,可能造成产品质量不稳定等后果。实验基于能量色散X射线荧光光谱技术,建立了一种在线测定稀土分离过程中稀土配分含量的方法。通过对北方稀土典型元素镧、铈、镨、钕的能量色散-X射线荧光光谱特征分析,利用多元逐步回归从稀土混合料液中剥离出单一稀土元素信号。依据相对理论偏差对滤光片、管压、管流等条件进行优化,为稀土配分含量在线分析奠定了基础。开发了XOR-50稀土配分在线分析设备和在线检测方法,快速反映稀土分离萃取工艺状况,提供实时的在线萃取数据,为工艺调整提供精准可靠的数据支撑。研究结果显示,采用0.2 mm Al滤光片,25 kV光管激发电压,1 100 μA光管电流的测试条件,同一样品的稀土元素配分含量连续11次测定的相对标准偏差小于1%;现场分析结果与ICP-AES检测结果相符。镧,铈,镨,钕等轻稀土元素的仪器检出限小于5 μg·mL-1,完全满足稀土配分在线监测对准确性和可靠性要求。     

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。     

最优化算法在EDXRF谱线拟合中的应用

在X射线荧光光谱(EDXRF)测试中,由于探测器分辨率的影响,谱线会有不同程度的展宽,多元素存在时谱线还会有一定的重叠。获得纯净的谱线强度,并保证准确测试结果的过程,通常被称为EDXRF解谱。传统的解谱方法包括感兴趣区加和、纯元素谱线剥离以及干扰系数法等,但这些方法在解决EDXRF解谱问题时都有不同程度的局限性。最优化算法本质上是一种多自变量求极值的方法,首先列出具有多个自变量参数并能够描述真实物理学过程的目标方程,然后设定参数初值和边界条件,通过数学(如共轭梯度法)的运算,得到最优化的目标方程解。将最优化计算的思想应用于EDXRF解谱过程中,假设EDXRF谱图是一系列理想高斯峰的叠加,可以列出其与原始谱图残差的目标方程,根据物理学现象对这些高斯峰的高度、位置和宽度三个参数分别进行估计,此时目标方程的值通常较大,通过设定所有参数各自的边界条件,用共轭梯度法不断调整,做最优化计算,直至该值达到极小,此时多峰叠加的结果与实测谱最为贴合,解谱精度大大提高。利用这种方法研究开发了能用于商业化EDXRF仪器的软件程序。对最优化计算用于EDXRF解谱的方法进行了介绍,并以Pr和Nd混合液的L系EDXRF谱图的解析举例,这段谱线由11个谱峰组成,通过设定33个高斯峰参数的初始值,用共轭梯度法执行33个自变量的最优化计算,运行于普通计算机,经过580 ms的计算,拟合谱与实测谱的残差从37.645减小为1.6994,二者在对比谱图上也极为吻合,从而说明这是一种比较有效的谱线拟合方法。通过对结果的分析还发现,部分谱线的宽度发生了变化,真实地反映了该条谱线是由多条相邻谱线构成的事实。研究创新性在于,将数学中的最优化计算原理应用于EDXRF谱图解析过程中,获得了较好的效果,并以较为复杂的Pr和Nd双稀土元素的L系谱线解析为例进行了说明。     

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。