金屬材料化學(xué)成分分析方法的初步認(rèn)知和趨勢(shì)研究

郭東鑫

摘 要：在很多的領(lǐng)域當(dāng)中，都會(huì)對(duì)金屬材料進(jìn)行應(yīng)用，而金屬材料的特性和性能決定著金屬材料使用的領(lǐng)域。要想對(duì)材料進(jìn)行合理使用，那么就應(yīng)準(zhǔn)確的對(duì)金屬材料當(dāng)中的化學(xué)成本進(jìn)行分析?；诖?，論述了幾種金屬材料的化學(xué)成分分析方法，以及其今后的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：金屬材料；化學(xué)成分；分析方法

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.18.092

隨著時(shí)代不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，金屬材料得到了廣泛地應(yīng)用，包括汽車制造和航空航天、計(jì)算機(jī)硬件和機(jī)械制造等領(lǐng)域。由于金屬材料有非常大的優(yōu)勢(shì)，因此其在使用領(lǐng)域當(dāng)中的地位不可忽視。

1 金屬材料化學(xué)成本分析的重大意義

在金屬材料的各個(gè)使用領(lǐng)域當(dāng)中有這樣一句話，用途取決于性能，而金屬材料的化學(xué)成分又決定著金屬材料性能，化學(xué)成分不同，結(jié)構(gòu)不同的金屬材料，也會(huì)呈現(xiàn)出不同的特性和形態(tài)，所以十分有必要研究金屬材料。第一，通過研究和分析金屬材料的化學(xué)成分，我們能夠知道金屬材料的成因和性能，并能夠通過性能和成因，將規(guī)律總結(jié)出來。在顯微組織中，一般有五大要素會(huì)影響金屬材料性能，包括相對(duì)分布和數(shù)量、形狀和大小以及晶粒類型等要素。由于原子之間和晶體結(jié)構(gòu)以及原子機(jī)構(gòu)有一定差異性存在，所以會(huì)對(duì)相對(duì)的晶粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，正因此，在性能方面，金屬材料有較大的差異。第二，通過充分了解金屬材料的化學(xué)成分，更能確定金屬材料性能以及其加工要求，從而將一種最為科學(xué)的加工金屬材料方案總結(jié)出來，而這種加工方案，不僅能夠使金屬材料性能得以保障，同時(shí)更利于金屬材料制造。第三，研究金屬材料的化學(xué)成分，能夠決定金屬材料加工后的熱處理工藝。完成金屬材料加工后所實(shí)行的工序就是熱處理，熱處理工藝不僅能使金屬材料性能得以完善，還能將加工金屬材料時(shí)所出現(xiàn)的組織缺陷消除。但是不管是熱處理的方式還是處理當(dāng)中的技術(shù)參數(shù)，都取決于金屬材料所含的化學(xué)成分，所以可以說，對(duì)熱處理來講，分析金屬材料的化學(xué)成分有非常重大的意義。最后，怎樣對(duì)金屬材料進(jìn)行合理和經(jīng)濟(jì)以及安全的使用，將其優(yōu)良性能充分發(fā)揮出來，也是對(duì)金屬材料的化學(xué)成分進(jìn)行分析的重要目的。

2 以往分析金屬材料化學(xué)成分的方法

在人類的逐步發(fā)展當(dāng)中，金屬材料起到的應(yīng)用價(jià)值不可忽視，以下分析了幾種傳統(tǒng)的金屬材料分析方法。

2.1 分光光度法

在金屬材料的分析方法當(dāng)中，得以廣泛應(yīng)用到的一種方法就是分光光度法，應(yīng)用分光光度法的理論依據(jù)就是Lam-bert-Beer。從實(shí)質(zhì)上來講，通過對(duì)不同金屬元素進(jìn)行利用，分析波長(zhǎng)光線不同的吸收特性的一種方法就是分光光度分析法。一般情況下，會(huì)在金屬離子的溶液中投射波長(zhǎng)不同的光線，由于在一定的波長(zhǎng)中，金屬成分不同，因此其并沒有相同的吸光能力和發(fā)光能力。而分光光度法就是對(duì)這一特性進(jìn)行利用，從而分析不同的金屬材料。由于使用到的是不同的光線種類，因此可對(duì)分光光度法的種類進(jìn)行劃分，將其劃分為紅外燈和可見光以及紫外等種類，雖然這些方法有不同的種類，但是都需要在含有金屬離子的溶液里，投射對(duì)應(yīng)使用的光，從而得到金屬被測(cè)材料的光譜曲線。

2.2 滴定分析方法

以往，還有一種分析金屬成分的化學(xué)方法，那就是滴定分析法。這種分析方法非?？旖莘奖悖趯?shí)際應(yīng)用當(dāng)中，容量分析法是其的別稱。這種分析方法就是按照待測(cè)物質(zhì)的化學(xué)特性，將某一種溶液當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用滴定方式，使標(biāo)準(zhǔn)溶液同被檢物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，然后按照標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和消耗體積待測(cè)物質(zhì)含量計(jì)算出來的一種方法就是滴定分析方法。實(shí)踐證明，通過對(duì)滴定分析法進(jìn)行利用，其所得到的結(jié)果同理論值基本保持一致。

2.3 X射線熒光光譜法

由于吸收特定頻率的輻射之后，氣態(tài)金屬原子可以被激發(fā)到一種高能狀態(tài)，而這也是應(yīng)用X射線熒光光譜法所遵照的理論依據(jù)。通過這一種特性，X射線熒光光譜法能夠?qū)υ夭煌淖V線強(qiáng)度進(jìn)行分析，然后分析所測(cè)定的譜線強(qiáng)度，從而獲得定性或定量的被測(cè)元素的分析結(jié)果。

2.4 原子光譜分析法

在以往的金屬材料分析方法當(dāng)中，原子光譜分析法占據(jù)著非常重要的地位。一般情況下，會(huì)對(duì)原子光譜分析法進(jìn)行劃分，將其分為原子吸收光譜法以及原子發(fā)射光譜法。這種方法是通過對(duì)元素不同的原子和離子進(jìn)行利用，并讓其處于電極法以及熱激發(fā)的狀況下，由于這些原子和離子能夠?qū)⒎献陨硖匦缘碾姶泡椛浒l(fā)射出來，因此，可以依照所發(fā)射出來的電磁輻射來定量或者定性地分析這一元素。從某種角度來講，在光譜學(xué)科的分支當(dāng)中，非常古老且陳舊的一支學(xué)科就是原子發(fā)射光譜法。由于這種方法有著消耗樣品少、快速的分析速度以及很強(qiáng)的選擇性以及同時(shí)測(cè)量等特點(diǎn)。所以，在很多批次、很多組分的測(cè)量當(dāng)中，會(huì)用到這種原子發(fā)射光譜法。但值得注意的是，這種原子發(fā)射光譜法的準(zhǔn)確率較低，再加上許多的非金屬原子的光譜線并不靈敏，所以在分析金屬元素的時(shí)候，才可用到這種分析方法。而定量或者定性分析共振輻射性的吸收強(qiáng)度就是應(yīng)用原子吸收光譜法的理論，一般情況下，會(huì)在特定氣態(tài)原子吸收光譜時(shí)，用到原子吸收光譜法。廣范圍內(nèi)也能分析、選擇性較大、抗干擾能力較強(qiáng)、精度較高就是原子吸收光譜分析法的最大優(yōu)勢(shì)，但是這種分析方法不能夠在同時(shí)分析多種元素。

2.5 電分析法

由于金屬材料和金屬材料電性質(zhì)的含量和組成有一定的關(guān)聯(lián)性，而電分析法就是對(duì)這一特性進(jìn)行利用，從而對(duì)金屬材料當(dāng)中化學(xué)成分進(jìn)行分析。但由于電分析法沒有一定的準(zhǔn)確度，且要受到外界很大的干擾，所以基本上不會(huì)對(duì)這種方法進(jìn)行使用。

3 新的金屬材料成分的分析方法

科技不斷在進(jìn)步，因此市面上也出現(xiàn)了較多的新型金屬材料，以往分析金屬材料的方法已經(jīng)不能對(duì)新材料成分進(jìn)行分析。其中，分析成分的難點(diǎn)即結(jié)構(gòu)鋼中氫和銅合金、鋁合金和鈦合金的分析，為了對(duì)這些新型的材料進(jìn)行分析，當(dāng)前已經(jīng)出現(xiàn)了幾種分析方法，而要想提高這一些分析技術(shù)，就要從這幾方面著手，研究新材料的分析技術(shù)、研究添加元素的分析技術(shù)、研制以及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)等方面。

3.1 離子體質(zhì)譜法

可以說，這種元素分析方法非常靈敏，一般在定量檢測(cè)微量元素的時(shí)候，會(huì)對(duì)這種分析方法進(jìn)行采用，而在檢測(cè)貴金屬和稀有金屬、稀土金屬和難溶金屬等金屬材料時(shí)，其應(yīng)用間質(zhì)非常獨(dú)特。

3.2 微量和痕量元素的分析方法

當(dāng)前，在國(guó)外已經(jīng)對(duì)FI-ICP-MS 聯(lián)用技術(shù)、LA-ICP-MS 聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行了廣泛使用，其主要用于分析高溫合金當(dāng)中的痕量元素。雖然ICP-MS 這種大型的分析儀器有很高的靈敏性，但是其價(jià)格也很高。當(dāng)前，只會(huì)在生物樣品以及環(huán)境樣品的成分分析當(dāng)中應(yīng)用這種技術(shù)。NiAl、TiAl也是新型材料，雖然很多領(lǐng)域?qū)ζ溥M(jìn)行了應(yīng)用，但當(dāng)前還沒有對(duì)其成分進(jìn)行分析的技術(shù)。

3.3 石墨爐原子吸收法

這種方法的應(yīng)用原理是，將石墨當(dāng)作一種原子化器。然后通過對(duì)其加熱，實(shí)現(xiàn)原子吸收，這種石墨爐原子吸收法有很高的分析靈敏度，所以在很多的領(lǐng)域當(dāng)中得以廣泛地應(yīng)用。

3.4 離子體原子發(fā)射光譜法

這種方法在很廣的范圍當(dāng)中得以應(yīng)用，不僅靈敏性很高，而且測(cè)量技術(shù)較為完善。這種方法的應(yīng)用原理是通過對(duì)同位素受到一定刺激，從而激發(fā)電子躍遷的強(qiáng)度曲線進(jìn)行記錄，從而對(duì)其進(jìn)行測(cè)量?？梢哉f，這種原子發(fā)射光譜法有非常大的應(yīng)用價(jià)值。

4 發(fā)展趨勢(shì)

在新的時(shí)代背景下，只有全新的分析方法才能使人們對(duì)于科研的需求得以滿足，而新的檢測(cè)儀器的出現(xiàn)和應(yīng)用，更利于協(xié)調(diào)和配合新方法掌握金屬材料的缺陷和結(jié)構(gòu)以及成分等情況。因此可以說，在今后的發(fā)展中，分析方法會(huì)有越來越簡(jiǎn)潔的操作方法和手段，以及越來越準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，其必然會(huì)往健康和高效以及準(zhǔn)確的方向不斷發(fā)展。

5 結(jié)束語

總而言之，要想將金屬材料性能提高，就要分析金屬材料當(dāng)中的化學(xué)成分。通過以上論述可知，通過分析金屬材料的化學(xué)成分，我們不僅能夠?qū)⒔饘俨牧咸匦哉莆蘸?，同時(shí)，還能更好地發(fā)揮出金屬材料的優(yōu)勢(shì)和性能。所以，要順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)分析方法進(jìn)行完善，使其具備高效性和創(chuàng)新性，只有這樣才能夠讓金屬材料創(chuàng)造出更大的價(jià)值。

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