金屬材料成分分析方法探討

摘要：各行各業(yè)需求的金屬材料日益增加，一系列高性能的新型金屬材料因迅速發(fā)展的高科技技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。想要深入了解金屬材料的組成成分和金屬材料性能的應(yīng)用特性，就必須對(duì)這些金屬材料進(jìn)行定量和定性的成分分析。文章闡述了分析金屬材料成分的重要性，對(duì)傳統(tǒng)金屬材料成分分析技術(shù)和新型金屬材料成分分析技術(shù)做了介紹。

關(guān)鍵詞：金屬材料；材料成分；傳統(tǒng)分析技術(shù)；新型分析技術(shù)；金屬屬性 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG115 文章編號(hào)：1009-2374（2015）13-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.0331 分析金屬材料成分的重要性

金屬材料與國家的發(fā)展建設(shè)密不可分。金屬材料憑借其廣泛應(yīng)用性這一特點(diǎn)在各行各業(yè)都出現(xiàn)供不應(yīng)求的情況。對(duì)金屬材料的成分進(jìn)行分析，可以全面了解其金屬特性、各種金屬材料適合應(yīng)用的行業(yè)和領(lǐng)域，使其充分發(fā)揮作用，避免浪費(fèi)、節(jié)約成本，同時(shí)可以為日后更為新型的金屬材料研制、開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

通過對(duì)金屬材料成分進(jìn)行分析，可以深入了解金屬材料所表現(xiàn)出性能的原因和規(guī)律。因?yàn)榻饘俨牧细鞣N不同成分的原子之間在晶體構(gòu)造和結(jié)合鍵等方面存在差異，所以對(duì)其所表現(xiàn)出來的性能都各有不同。深入了解金屬材料的組成成分，才能正確地對(duì)該種金屬材料進(jìn)行加工，在明確其組成成分的基礎(chǔ)上，通過理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐找出最適合這種金屬材料的加工方法。正確的金屬加工方法不僅可以事半功倍，還可以充分保證金屬材料的性能。在選擇正確的金屬加工方法后，還必須對(duì)加工出來的金屬材料進(jìn)行熱處理。對(duì)金屬材料的熱處理不僅可以去除加工環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的缺陷問題，更重要的是顯著改善金屬材料的性能?？傊?，正確分析出金屬材料的成分，不僅可以充分發(fā)揮材料的性能，還可以降低生產(chǎn)成本，最大化經(jīng)濟(jì)利益。

2 傳統(tǒng)金屬材料成分分析方法

2.1 分光光度法

分光光度法是傳統(tǒng)金屬材料分析方法中最常見的一種方法，這種方法有完整的定律依據(jù)。通過定性、定量觀察，計(jì)算被測物質(zhì)在一定波長范圍或特定波長處的發(fā)光強(qiáng)度或吸光度來確定金屬材料的成分。實(shí)驗(yàn)中采用分光光度計(jì)，把波長分別不同的光均勻連續(xù)地照射到一種溶液中。這種溶液不是任何溶液都可以的，它在濃度上有一定的特殊性。通過觀察不同波長被相應(yīng)吸收的強(qiáng)度就可以定性得到金屬材料的成分。

2.2 滴定分析法

滴定分析法是一種較為方便、快捷的分析金屬材料成分的方法。這種分析金屬材料成分的方法原理是通過向被測定溶液中添加已知精確濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。直到被測物質(zhì)和已知精確濃度溶液完全按照化學(xué)計(jì)量單位充分反應(yīng)為止。待反應(yīng)完全，記錄下所消耗的已知濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，查出標(biāo)準(zhǔn)溶液的相關(guān)量就可以得出待測物質(zhì)的含量。這種方法在目前仍可以準(zhǔn)確、快速地分析出金屬材料的成分。

2.3 原子光譜分析法

原子光譜分析法可以分為原子吸收光譜法和原子發(fā)射光譜法，是一種傳統(tǒng)的分析金屬材料成分的技術(shù)。原子吸收光譜法分析金屬材料成分的原理是通過氣態(tài)狀態(tài)下基態(tài)原子的外層電子對(duì)可見光和紫外線的相對(duì)應(yīng)原子共振輻射線的吸收強(qiáng)度來定量分析被測元素含量。這種測量方法特別適合對(duì)氣態(tài)原子吸收光輻射，具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、選擇性強(qiáng)、分析范圍廣以及精密度高等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然這種方法也有其缺陷，不能同時(shí)分析多種元素。令人不滿意的方面還有對(duì)難熔元素測定時(shí)靈敏度不高，在測量一些復(fù)雜樣品時(shí)的效果也不盡如人意。原子發(fā)射光譜法是利用光譜學(xué)分析金屬材料成分的一種最為古老的方法。這種方法的原理是通過各元素離子或原子在電或熱激發(fā)下具有發(fā)射出特殊電磁輻射的特性。這種方法是利用發(fā)射物來進(jìn)行定性與定量的元素分析，其可以同時(shí)測定多種元素，以消耗較少的樣品就可以達(dá)到測量目的，同時(shí)還可以較快地得到測定結(jié)果，一般檢測整批樣品時(shí)采用這種方法，但較差的精確度是其致命的缺點(diǎn)，并且只能檢測金屬材料成分，對(duì)于大多數(shù)非金屬成分束手無策。

2.4 X射線熒光光譜法

X射線熒光光譜法大多用來測定金屬元素，也是一種比較傳統(tǒng)的金屬材料成分測定法。它的原理是：基態(tài)原子在沒有被激發(fā)狀態(tài)下會(huì)處于低能狀態(tài)，而一旦被一定頻率的輻射線激發(fā)就會(huì)變成高能狀態(tài)，高能狀態(tài)下會(huì)發(fā)射熒光，這種熒光的波長非常特殊，測定出這些X射線熒光譜線的波長就可以測定出樣品的元素種類。測定出元素種類以后，把標(biāo)準(zhǔn)樣品的譜線強(qiáng)度作為參照比較被測樣品的譜線，即可以得出樣品元素的確定、準(zhǔn)確含量。X射線熒光光譜法確定金屬材料成分的方法廣泛應(yīng)用在水質(zhì)監(jiān)測、環(huán)境科學(xué)、礦物、醫(yī)學(xué)分析、生物制品等方面。

2.5 電分析法

電分析法也是一種傳統(tǒng)的金屬材料成分分析法。最初這種方法只是為了探究發(fā)生在金屬電池中的化學(xué)反應(yīng)，后來被用來測定金屬材料成分。它所依據(jù)的原理是金屬材料電性質(zhì)和組成含量的關(guān)聯(lián)性，但這種方法與其他分析金屬材料成分的方法相比，因?yàn)閷?shí)施的困難性、被干擾的高誤差性而漸漸退出歷史舞臺(tái)。

3 新型金屬材料成分分析方法

3.1 激光誘導(dǎo)等離子體光譜法

激光誘導(dǎo)等離子體光譜法分析金屬材料成分不需要在復(fù)雜的設(shè)備上進(jìn)行，對(duì)設(shè)備要求不高，因而投資不會(huì)很高。這種方法的優(yōu)勢是可以同時(shí)對(duì)多種元素進(jìn)行測量，所以有較高的效率，多用這種方法測定不銹鋼中的元素種類。使用范圍較為狹窄是激光誘導(dǎo)等離子體光譜方法的唯一不足。

3.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

這種方法的發(fā)展要從20世紀(jì)70年代算起，其原理是分析材料中同位素和無機(jī)元素來達(dá)到分析出金屬材料的成分。其具體過程是：電感耦合等離子體在高溫狀態(tài)下會(huì)發(fā)生電離。質(zhì)譜儀優(yōu)點(diǎn)非常顯著，它可以達(dá)到快速、靈敏掃描的目的。運(yùn)用一種接口技術(shù)將這兩種特性巧妙地結(jié)合起來從而形成獨(dú)特的分析技術(shù)。這種分析技術(shù)應(yīng)用最廣的是貴重、難熔、稀有的金屬。電感耦合等離子體質(zhì)譜法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、操作簡單、測定過程快速、準(zhǔn)確度高；缺點(diǎn)是使用這種方法時(shí)成本會(huì)相當(dāng)高，因此這種方法大多使用在較為特殊的金屬中。

3.3 石墨爐原子吸收法

石墨爐原子吸收法也是一種新型的金屬材料成分分析方法，它的原理是通過檢測被特殊石墨所吸附原子的種類來確定金屬材料成分。這種方法使用的原子化儀器是用特殊石墨材料制成的，并且對(duì)這些儀器的形狀有特殊的要求，加工成類似杯子狀或者管狀以加大接觸面積。測定過程中因?yàn)闃悠烦煞侄歼M(jìn)行了原子化，并且避免了原子濃度的稀釋，所以這種測定方法具有很高的靈敏度，在其應(yīng)用領(lǐng)域使用范圍很廣，尤其是對(duì)固體樣品和少量樣品的分析。

4 結(jié)語

綜上所述，分析金屬材料成分、了解其成分構(gòu)成可以使金屬的性能應(yīng)用得到充分保障。如果想提高金屬材料的性能，可以對(duì)其進(jìn)行精確的成分分析，在確定該金屬材料成分后，就可以選擇正確的措施。本文主要探討了金屬材料成分分析的方法，從傳統(tǒng)方法和新型方法兩個(gè)方面著手，詳細(xì)介紹了很多種金屬材料成分分析的方法。在這些方法中，無處不體現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的高度重要性?？茖W(xué)技術(shù)的應(yīng)用在提高金屬材料成分分析結(jié)果準(zhǔn)確性的同時(shí)，還提高了其效率。與此同時(shí)，也應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到現(xiàn)有金屬材料成分分析方法在效率和準(zhǔn)確性上的不足，從這兩方面著手不斷探索新型技術(shù)手段進(jìn)行金屬材料分析。

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作者簡介：李軍（1986-），男，安徽阜陽人，浙江格洛斯無縫鋼管有限公司助理工程師，研究方向：金屬材料理化檢驗(yàn)及工藝開發(fā)。

（責(zé)任編輯：陳 倩）endprint