冶金儀器分析技術與應用

侯敬華

[摘要]冶金儀器分析技術的應用已經(jīng)十分廣泛，而國家對冶金儀器分析的標準、技術等方面也都有很多標準。本文首先介紹幾種冶金儀器分析技術的標準，然后針對冶金儀器分析技術方法和應用方面加以探討。

[關鍵詞]冶金儀器，分析技術，技術應用

[中圖分類號]F407.3 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0143-01

一、前言

冶金儀器分析技術目前已經(jīng)應用于多個領域。國家也對冶金分析技術的機構進行扶持，近幾年來冶金分析技術和應用已經(jīng)得到顯著成果。冶金儀器分析技術有很多種，如顯微組織分析、表面分析等。并且在冶金儀器分析中要按照國家標準進行。

二、冶金儀器分析技術的標準探討

我國一直對冶金材料的相關分析方法的標準非常重視。截止到八十年代，我國就已經(jīng)基本完成對鋼鐵、有色金屬、鐵礦石、鐵合金等冶金材料的分析標準的具體規(guī)定，而且在九十年代對此進行修訂。我國的化學分析方法具有國家特色，并且實用性和可靠性很高，與其他國家相比我國的化學分析方法和技術并不落后，而且在國際上也得到了很高的認可。針對鋼鐵、鐵合金和鐵礦石等金屬采取靈敏度高的分光光度的方法，在精確度和精密度方面的指標已經(jīng)高于國際標準，這也證明了在幾十年里我國在有機試劑合成方面的成果非常顯著。

1 ISO分析方法標準

國家標準化相關部門經(jīng)常召開會議對分析方法標準和技術進行探討。針對冶金儀器的分析標準ISO接連發(fā)布70多項方法標準。并且ISO組織針對電感耦合離子體制進行研究，于2009年發(fā)布針對鋼鐵中鉛、銻、錫等元素的分析方法標準，此方法靈敏度很高。在有色金屬的分析方法標準，ISO并沒有充分重視，也沒有積極召開會議，因此其技術標準停留在上個世紀七八十年代左右。不過最近ISO對此領域逐漸重視起來，2005年到2008年間發(fā)布并修訂了很多化學分析方法和標準。在鐵合金方面也是在上世紀七八十年代制定初步標準，之后就沒有進行修訂。

而近幾年來逐漸注重冶金儀器分析方法，ISO組織于1992年的第十四次會議上制定常規(guī)方法。常規(guī)方法就是指日常中儀器分析方法根據(jù)對應的溯源性進行確定，使原有的方法更加精確實用。使用紅外線吸收的方法對硫和碳等進行測定，ISO還針對一些常規(guī)方法進行標準物質(zhì)的校準，這些常規(guī)方法也被國家標準和JIS、ASTM使用。

2 JIS分析方法標準

JIS分析方法標準比較側重于冶金材料分析，在鐵合金、鐵礦石等分析方法標準比ISO標準要多出很多，并且很多分析方法是九十年代就已經(jīng)指定并且改善的，2007年到2012年間又多次進行修訂。JIS分析方法標準除了化學方法，還有很多AAS、ICP等紅外吸收的方法標準。如1975年就指定了鋼鐵材料的AAS分析方法標準，然后在2000年進行修訂；1989年指定了鋼鐵磷、錳等十幾種元素的ICP AES分析方法標準，并且在1997年進行修訂，在2007年二次修訂。目前流行的JIS B1258標準是對十三中元素的分析標準，此標準具有很高的精確度。

3 ASTM分析方法標準

ASTM分析方法對儀器分析方法比較重視。最近幾年已經(jīng)針對很多方法標準進行修訂，也制定了很多新的方法標準，但是其中化學分析方法的標準還是停留在原來的標準。ASTM分析方法標準中包括對重量法、分光光度法和滴定法等化學方法的分析，也有直流離子體方法，而目前使用較為廣泛的是ICP方法。ASTM針對原子發(fā)射光、XRF分析方法都制定了多種標準，包括不銹鋼、鑄鐵、碳鋼的分析標準，利用XRF對鍍層的表面積質(zhì)量和厚度進行分析。而對于鋁合金、鋅合金等方面，ASTM不僅有經(jīng)典的化學方法標準，也制定了很多光學、電熱原子光譜分析方法的標準。ASTM分析標準中，XRF和原子發(fā)射光譜的方式應用比較廣泛，而ICP AES的分析方法標準則比較少。并且ASTM的多數(shù)儀器分析方法標準都是最近幾年制定和完善的，而化學分析方法標準則是很多年以前制定的，其中化學儀器和方法已經(jīng)比較落后。

三、冶金儀器分析技術方法

1 成分定量分析技術方法

國家研究冶金儀器分析技術方法的研究人員高達300多人，項目也逐漸增多。分析檢測中心對成分定量分析也有了一定的研究，對檢測結果有了進一步提高，并且能夠針對不同產(chǎn)品的需求進行成分定量分析，更有力的支持項目和產(chǎn)品的開發(fā)。在成分定量分析方面，研究人員研發(fā)固體樣品分析方法，利用對光源功率的激發(fā)、加強信號強度等方面的強化，在火花原子發(fā)射的開發(fā)上使用了實際中金屬材料進行分析，對多種元素進行檢測，并且誒檢測時間能夠保證在五分鐘內(nèi)。這種方法能夠避免原來重復性的化學實驗之前的處理，不僅能夠提高效率，還能減少化學試劑浪費。實驗室中使用微波消解技術對鋼結構中鋁和硼的檢測，能夠將分析時間縮短一倍。在對錳鐵、鉻鐵、鈮鐵合金分析時，采用離心澆鑄技術，該技術采用惰性氣體進行保護，用鐵作為溶劑，采用原子發(fā)射光譜進行分析，能夠大大降低分析的時間。

2 顯微組織分析技術方法

技術的發(fā)展已經(jīng)將原有的技術方法淘汰掉，各種新型的分析方法也應運而生。目前分析方法多采取電子能量分析方法、電子花樣分析法或者納米技術方法等。電子花樣分析方法已經(jīng)在國際上建立標準，并且成為行業(yè)內(nèi)的領先技術。

各種先進的分析技術方法能夠更好的將儀器的組成、成分、狀態(tài)、缺陷等方面顯現(xiàn)出來，研究人員就可以針對這些信息不斷進行改善。目前最常用的是原子、電子和納米方向的技術。如原子像結構技術能夠高分辨率對材料進行觀測，其能夠研究的可以達到非晶或者準晶的狀態(tài)，甚至達到原子、單個空位的水平。還有一種技術方法是電子能量損失譜，雖然很多方法能夠達到高分辨率的水平，但是卻缺乏結構和化學成分信息，所以電子能力損失譜就應運而生了，TEM探針能夠提供非常高的分辨率和結構信息。而納米分析方法能夠對類別和質(zhì)量分數(shù)提供精確參數(shù)，掃描電鏡、高分辨透射電鏡等方法都能夠做到小尺寸析出，并且能夠得到精確信息，還能對過程進行觀察和分析。

3 表面分析技術方法

由于環(huán)境保護和資源節(jié)約等方面的需求，要對冶金儀器的表面進行處理，如涂層、鍍層要保證很薄，對環(huán)境沒有破壞等。目前流行很多種新型表面分析技術，如閃鍍、真空鍍膜、氧化處理等技術，這些都能夠在冶金儀器的表面鍍上幾納米到幾百納米厚度的鍍層，能夠一定程度上保護儀器不被腐蝕。這些新型表面處理技術都能夠降低成本，節(jié)約資源，并且對環(huán)境的污染很小。冶金儀器表面的防腐能力主要是由表面狀態(tài)來決定的，為了更好的提高表面處理技術的水平，提高冶金儀器表面的質(zhì)量，就需要對表面和鍍層的情況進行分析，對表面的耐腐蝕性和缺陷進行研究和改善。

四、冶金儀器分析應用方面的研討

對冶金儀器分析的應用方面主要是針對力學性能和技術開發(fā)方面的考慮。力學性能是對沖擊、拉伸和硬度方面進行測試，可以在不同領域、級別和尺寸的冶金儀器進行對比，這樣利于對冶金儀器力學性能的認識，并且對缺陷進行完善。而力學技術開發(fā)是對冶金儀器的研發(fā)、生產(chǎn)、推廣的提高。相關研究人員要對技術難題進行攻關，多個部門協(xié)作對新方式進行探索，逐漸探索新的分析技術和科學發(fā)展方式。

五、結束語

綜上所述，冶金儀器的分析技術和應用方面都存在著一定問題和不足，而國家相關研究部門的技術人員也在進一步的研發(fā)和改善過程中，相信在不久的以后，我國的冶金儀器分析技術會在國際上處于領先水平。

參考文獻

[1]曹宏燕，冶金材料儀器分析方法國內(nèi)外標準的進展[M]，2013

[2]黃志勇，楊妙峰，莊峙廈，等，利用鉛同位素比值判斷丹參不同產(chǎn)地來源[J]，分析化學，2003，31（9）：1036-1039