淺談X—射線熒光光譜測定合金鑄鐵中各組分

摘要：文章探討了用XRF法測定合金鑄鐵中Si、Mn、P、Ni、Cr、Cu、Mo等元素的分析方法，研究了分析條件及實(shí)驗(yàn)方法，并對該方法的精密度和準(zhǔn)確度進(jìn)行了試驗(yàn)，將樣品測定結(jié)果與濕法測定結(jié)果進(jìn)行了比對，結(jié)果令人滿意。

關(guān)鍵詞：合金鑄鐵；X-射線熒光光譜法；合金元素；特殊性能鑄鐵；元素分析 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：O657 文章編號：1009-2374（2015）16-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.031

合金鑄鐵又稱“特殊性能鑄鐵”，是指在普通的鑄鐵中加入合金元素而使其具有一定的特殊性能。通常情況下，加入的合金元素有鉻、鎳、鉬、釩、銅、鈦等。合金鑄鐵根據(jù)合金元素的加入量又可以分為低合金鑄鐵、中合金鑄鐵和高合金鑄鐵三種。由于合金元素的加入，使得鑄鐵的基體組織發(fā)生改變，使得鑄鐵具有耐熱、耐磨、耐腐蝕等特殊性能，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金等行業(yè)之中。

由于合金鑄鐵化學(xué)成分復(fù)雜，需要分析的元素很多，采用經(jīng)典的化學(xué)分析方法分析周期長，并且成本較高。而X射線熒光光譜法分析速度快、再現(xiàn)性好、分析準(zhǔn)確度高，并且樣品前處理簡單、污染小，因此得到很廣泛的應(yīng)用。本文探討了用X射線熒光光譜法測定合金鑄鐵中的Si、Mn、P、Cr、Ni、Mo、V、Cu等元素的分析方法，研究了儀器的最佳測量條件，并將測定結(jié)果與ICP-AES及化學(xué)分析方法測定結(jié)果進(jìn)行比對，結(jié)果令人滿意。該方法簡便快速、準(zhǔn)確度高，在實(shí)際生產(chǎn)中具有很高的應(yīng)用價值。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試樣制備

對于合金鑄鐵來說，要提高元素分析的精密度和準(zhǔn)確度，要求試樣表面具有很高的光潔度。本文采用試樣端面先用砂輪磨平，再用360# Al2O3金相砂紙拋光（若測定鋁，需采用其他磨料）的方法。

光譜標(biāo)樣和試樣的炮制方法一致。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品

選取鋼鐵研究總院分析測試中心研制的合金鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)7個，標(biāo)準(zhǔn)編號為GBW01138到GBW01144，用于制作標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。這一套標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)元素種類齊全，幾乎涵蓋了合金鑄鐵中所有常見組分，如Cr、Ni、Mo、V、Ti、Sn、Al、Mg等元素。各組分含量由低到高，保證了待分析樣品的組分落入該套標(biāo)準(zhǔn)樣品元素含量范圍之內(nèi)，因此應(yīng)用廣泛。

1.3 儀器與測量條件

1.3.1 儀器。

島津XRF-1800型順序式X射線熒光光譜儀：4kW銠靶X射線管

上海金相機(jī)械設(shè)備有限公司YM-2A金相試樣預(yù)磨機(jī)

上海金相機(jī)械設(shè)備有限公司PG-2D金相試樣拋光機(jī)

PRODIGY XP型ICP等離子體發(fā)射光譜儀

1.3.2 儀器工作條件。X射線熒光光譜儀工作參數(shù)條件見表1，面罩直徑20mm。分析線采用Ka，衰減器關(guān)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 基體效應(yīng)及其處理

按表1中儀器工作參數(shù)條件逐一登記每一標(biāo)樣中各元素強(qiáng)度，將計算所得基體元素Fe設(shè)定為“定量”。一般P、Si元素含量較低，基體效應(yīng)不明顯，并且由于試驗(yàn)選用標(biāo)樣為合金鑄鐵套標(biāo)，組分含量范圍寬、線性良好，經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，除Cr、Ti外，對于Si、Mn、P等元素不做任何基體校正即可獲得滿意的結(jié)果，因此本文只對Cr、Ti兩元素進(jìn)行了基體校正，部分元素工作曲線及Cr、Ti校正前后工作曲線如圖1所示：

2.2 測量結(jié)果

2.2.1 精密度試驗(yàn)。為了考察方法的精密度，本文用標(biāo)樣GBWO1142在重復(fù)測量程序下連續(xù)測量6次，由計算機(jī)自動進(jìn)行統(tǒng)計運(yùn)算，求出各元素的σ和RSD%，結(jié)果見表2。該過程屬于標(biāo)準(zhǔn)樣品的自測過程，一方面可以考察方法的精密度，另一方面與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，也可以知道元素基體效應(yīng)校正是否正確。由表2可見，本法分析的精密度滿足合金鑄鐵分析的要求。

2.2.2 準(zhǔn)確度試驗(yàn)。為了考核工作曲線的可靠性，我們用不在工作曲線上的鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)YSBC11032與HLBS11001a-2009YSBC13825來測定對照，比對結(jié)果見表3：

由表3可見除Mg外，11001a標(biāo)樣的Cu、V元素分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值一致，其他元素測量結(jié)果絕對誤差均在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量誤差之內(nèi)。

2.2.3 合金鑄鐵樣品中各組分含量的測定。隨機(jī)抽取兩個日常檢測中的含Cr、Mo合金鑄鐵樣品，用X-射線熒光光譜法對各組分含量進(jìn)行分析，同時與ICP-AES及化學(xué)分析方法測定結(jié)果進(jìn)行比對，其中Si、Mn、Cr、Mo采用ICP-AES法進(jìn)行比對，P采用比色分析方法進(jìn)行比對。XRF光譜法與比對測定結(jié)果對照如表4所示：

由表4可以看出，熒光分析方法與濕法分析結(jié)果吻合，分析誤差均在合金鑄鐵化學(xué)分析允許差之內(nèi)。

2.3 結(jié)論

合金鑄鐵化學(xué)成分復(fù)雜，濕法分析過程冗長，程序繁瑣，而一般儀器分析的局限性又導(dǎo)致了部分元素不能同時分析測定。并且在濕法分析過程中，人員操作、計量器具等帶來的誤差不可避免，因此對專業(yè)人員具有更高的要求。而通過對X射線熒光光譜法的精密度和準(zhǔn)確度的分析以及對實(shí)際生產(chǎn)樣品測定結(jié)果與ICP-AES測定結(jié)果的比對可以看出，X射線熒光光譜法的分析結(jié)果與濕法分析結(jié)果吻合，標(biāo)樣結(jié)果同樣驗(yàn)證了其結(jié)果的可靠性，分析測定結(jié)果令人滿意。由此可見，X射線熒光光譜操作簡便快速，僅需要簡單的樣品磨樣過程，操作簡單，準(zhǔn)確度高，且免去了濕法分析樣品前處理的繁瑣程序，成本較低，污染小，有很高的實(shí)用價值。

2.4 討論

（1）考慮到譜線的重疊干擾，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)計算將Mo對P的重疊系數(shù)設(shè)為0.0049；（2）由于實(shí)際合金鑄鐵樣品中不含有Al，因此該實(shí)驗(yàn)未對Al做特殊研究。在實(shí)際應(yīng)用中，若測定Al，應(yīng)選用不含鋁磨料重新對標(biāo)樣及試樣打磨處理；（3）由于待測標(biāo)準(zhǔn)樣品中的鎂元素含量較低，導(dǎo)致了鎂的強(qiáng)度值過低，因此X射線熒光光譜法測定低含量Mg時誤差較大，因此該法不適于鑄鐵中低含量Mg的測定。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：賈麗娜（1982-），女，沈陽有色金屬研究院工程師，碩士，研究方向：化學(xué)分析。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）