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無損檢測：如何檢測汽車金屬材料的化學(xué)成分

發(fā)布時間：2022-04-28 16:12:19

隨著汽車工業(yè)與金屬材料工業(yè)的不斷發(fā)展，一般的鋼鐵材料已不能完全適應(yīng)汽車發(fā)展的需要，一些新材料如高強度鋼、超高強度鋼、鋁合金等應(yīng)運而生。金屬材料在使用過程中所表現(xiàn)的各種性能如機械性能、物理性能和其他性能，直接決定了它在車輛上的應(yīng)用范圍、安全可靠性以及使用壽命。

無損檢測

而金屬材料組織結(jié)構(gòu)以及元素種類分布及含量，決定了其應(yīng)用范圍以及在加工制造過程中所表現(xiàn)出來的性能如沖壓性能、焊接性能、切削性能、熱處理性能等，以及零件加工制造的難易程度。對于鋼鐵金屬材料的物理性能影響較大化學(xué)成分有碳、硅、錳、磷、硫，俗稱五大元素。碳作為金屬中一個重要元素，而碳含量增加時，鋼鐵的強度和硬度增加，塑性和延展性降低，反之亦然；而硫作為一種有害的元素，硫含量過高，形成硫化錳、硫化鐵，是鋼鐵在熱變形的產(chǎn)生裂紋主要原因，要嚴格控制。對于合金鋼而言除了控制五大元素的含量外，還要對其他合金元素如硼、鎳、鉻、釩、鉬、鈦、鈮等進行嚴格控制，以保證達到材料的使用要求和性能要求。對于金屬中的元素成分測試，傳統(tǒng)的測試方法通過制備少量的金屬碎屑，將碎屑通過一定的方式溶解，再采用實驗室的滴定法、比色法、容量法等測試。

汽車零部件X射線檢測

1. 火花源放電原子發(fā)射光譜法

火花源放電原子發(fā)射光譜法俗稱直讀光譜法，是將制備好的金屬樣品塊在火花光源的作用下，與對電極之間發(fā)生放電，在高溫和惰性氣氛中產(chǎn)生等離子體，被測元素的原子被激發(fā)時，電子在原子內(nèi)不同能級間躍遷，當(dāng)從高能級向低能級躍遷時產(chǎn)生特征譜線，通過測量該種特征譜線的波長和強度，并且特征譜線的強度與元素的濃度呈比例關(guān)系，實現(xiàn)對待測元素進行定性分析和定量分析?；鸹ǚ烹娫影l(fā)射光譜法,俗稱直讀光譜法。它可以同時測定包括C、Si、Mn、P、S在內(nèi)的非金屬和金屬多種元素，測試范圍為百分之幾。為了提高測試的準(zhǔn)確性，除了應(yīng)用儀器設(shè)備自帶的校準(zhǔn)曲線，通常需要建立相應(yīng)基體的標(biāo)準(zhǔn)曲線進行校準(zhǔn)和驗證。該方法要求樣品的規(guī)整度較高，如果為碎屑、粉末、表面不規(guī)則樣品或者溶液狀態(tài)則不能測試。

2. 波長色散X射線熒光光譜法

波長色散X-射線熒光光譜儀（WD-XRF）是一種可以對多元素進行快速同時測定的儀器。在X射線激發(fā)下，被測元素原子的內(nèi)層電子發(fā)生能級躍遷而發(fā)出次級X射線（即產(chǎn)生X-熒光），采用晶體分光而后由探測器接收經(jīng)過衍射的特征X射線信號。如果分光晶體和控測器作同步運動，通過不斷地改變衍射角，可獲得樣品內(nèi)各元素所產(chǎn)生的特征X射線的波長及各個波長X射線的強度，并依此進行定性和定量分析。WD-XRF對元素的檢測濃度線性范圍寬，測試可達到0.001%-100%，一次可以測試多種元素，測試速度快，對于符合要求的樣品基本無需處理。WD-XRF方法對樣品的要求類似于火花放電原子發(fā)射光譜。WD-XRF已經(jīng)廣泛應(yīng)用于巖礦的成分測試，在鋼鐵領(lǐng)域的不銹鋼、鋁合金成分測試也有應(yīng)用。但是WD-XRF不適合分析輕質(zhì)量元素以及極低含量如0.01%以下的元素測試。

3. 原子吸收光譜法

原子吸收光譜分析（AAS）是基于試樣蒸氣相中被測元素的基態(tài)原子對由光源發(fā)出的該原子的特征性窄頻輻射產(chǎn)生共振吸收，其吸光度在一定范圍內(nèi)與蒸氣相中被測元素的基態(tài)原子濃度成正比，以此測定試樣中該元素含量的一種儀器分析方法。AAS測試范圍在為μg/ml以上4～6個數(shù)量級，一般是單個元素測試，但不能連續(xù)同時多個元素的測試，此外對非金屬元素的靈敏度偏低。依據(jù)進樣方式分為一般的火焰AAS和石墨爐AAS，所有AAS測試進樣都需要將固體樣品轉(zhuǎn)換為液體樣品，對大部分金屬元素可直接測試，但對于部分元素如砷、銻元素需要氫化發(fā)生反應(yīng)生成氫化物測試。

4. 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)，是利用通過高頻電感耦合產(chǎn)生等離子體放電的光源來進行原子發(fā)射光譜分析的方法。它是一種火焰溫度范圍為6000至10000K的火焰技術(shù)。該發(fā)射強度表示樣品中元素的濃度。ICP-AES在鋼鐵、鋁合金、鋅合金、高溫合金等冶金分析方面應(yīng)用較廣。同AAS一樣，ICP-AES的進樣也需要將固體樣品轉(zhuǎn)換為液體樣品，它可以一次同時測試多種元素，測試范圍在 μg/ml以上至100%，測試靈敏度高，不僅可以測試金屬元素，還可以測試部分非金屬元素B、P、S、Si等。ICP-AES在低合金鋼、鋁合金、鈦合金、鋅合金等測試有應(yīng)用。

工業(yè)CT檢測設(shè)備

5. 電感耦合等離子體發(fā)射質(zhì)譜法

電感藕合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS），它是一種將電感藕合等離子體ICP技術(shù)和質(zhì)譜MS結(jié)合在一起的分析方法。ICP利用在電感線圈上施加的強大功率的高頻射頻信號在線圈內(nèi)部形成高溫等離子體，并通過氣體的推動，保證了等離子體的平衡和持續(xù)電離，在ICP－MS中，ICP起到離子源的作用，高溫的等離子體使大多數(shù)樣品中的元素都電離出一個電子而形成了一價正離子。質(zhì)譜MS是一個質(zhì)量篩選和分析器，通過選擇不同質(zhì)核比（m/z）的離子通過來檢測到某個離子的強度，進而分析計算出某種元素的強度。ICP-MS測試速度塊，靈敏度高，檢測限低，適合多元素同時測試；在樣品經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理后，既可以測試金屬元素，也可以測試非金屬元素B、Si、P、S、As等，還可以結(jié)合液相色譜或氣相色譜聯(lián)機方式進行測試元素的價態(tài)；元素含量測試范圍寬，從ng/mL-100%可達9個數(shù)量級。

6. 非金屬元素CS/ONH分析法

金屬元素中的C、S與O、N、H通常采用紅外吸收法和熱導(dǎo)檢測儀測試，俗稱碳硫分析儀和氧氮氫分析儀。碳硫分析儀（CS儀）即高頻感應(yīng)爐燃燒后紅外吸收儀，針對金屬中的非金屬元素碳和硫，電負性相差不大，在金屬中都能形成碳化物或硫化物，碳在鋼鐵中以碳化物和游離態(tài)碳存在，再高溫富氧的條件下可被氧化成二氧化碳和二氧化硫。二氧化碳和二氧化硫具有**電偶極矩，都有振動、轉(zhuǎn)動等結(jié)構(gòu)，按照量子力學(xué)的分裂能級，入射特征波長紅外輻射耦合產(chǎn)生吸收，根據(jù)朗伯-比爾定律，吸收強度與濃度呈正比關(guān)系，測量經(jīng)紅外吸收后的紅外光譜的強度，便可計算出二氧化碳或二氧化硫的含量。CS分析測試的 C、S質(zhì)量含量可低至0.005%和0.0005%。

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