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手持式X射线荧光光谱仪在金属材料分析中的应用研究

发布时间:2020-07-07作者:admin来源:未知点击:

 摘    要:
 
手持式X射线荧光光谱仪具有体积小、分析速度快、精度高、质量轻、无损检测等优点, 广泛应用于金属材料的检测。本文简单介绍了手持式X射线荧光光谱分析技术, 同时探讨该技术在金属检测中的应用。
 
 
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料, 可以广泛应用于航空、机械、计算机硬件等各个领域。随着各行各业对金属材料不断增长的需求, 一些相对复杂的材料应运而生。金属的组成是决定材料性能的主要因素, 了解金属组成和性能, 可以更好的将材料应用到产品中。
 
目前, 在实验室或者工作现场对金属材料进行快速定性和半定量分析, 确定金属中所含的成分, 便携式的仪器主要采用的是手持式看谱镜和手持式荧光光谱仪, 是快速鉴别金属牌号、快速鉴别并区分混合在一起的合金钢与其他金属材料, 并且分析迅速、体积小、移动方便等优点。但是手持式的看谱镜的分析具有一定限制性:其只能对材料中是否含有的某一两种特定的元素进行鉴定, 而不能检测分析材料中的所有元素, 尤其是材料不均匀时更是如此;仪器自身的调整、检测环境条件的变化、操作技术的熟练程度以及人眼睛对光的敏感程度等因素都会对分析结果造成极大影响;对操作人员的要求很高。
 
手持式X射线荧光光谱仪由于具有体积小、重量轻、稳定性高、分析速度快、无损检测等优点, 使得其受到了广泛关注。特别是近几十年来, 随着新型探测器的出现、微电子技术的发展、能谱分析方法的持续完善, 使得能量色散X射线荧光光谱仪正向着轻便化、对环境友好的方向发展, 它在分析领域也会变得更加可靠和方便。
1 手持式X射线荧光光谱仪的介绍
 
目前, 手持式X射线荧光光谱仪基本上都是能量色散型X射线光谱仪。能量色散型X射线光谱仪利用荧光X射线具有不同的能量特性, 并对其进行分离和检测。它不需要使用光学晶体, 而是取决于半导体探测器。
 
能量色散型X射线荧光光谱仪激发源使用的X-射线管功率较低, 它的使用使得仪器价格大大降低, 仪器体积小, 便携性提高, 使得其广泛应用于航空航天、机电设备等各个领域的金属材料元素精确定量分析。屈华阳等[1]采用手持式X荧光光谱仪对铅锌矿进行含量分析, 通过实验方法检测标准样品和矿山实际样品中的铅、锌、铜、钼等元素含量, 测定值与认定值测定结果基本相符合。梁爽等[2]采用手持式X射线荧光光谱仪建立了快速、简便测试Cu元素的分析方法。李传启等[3]研究了手持式X-射线荧光光谱仪金属材料状态对检测中的影响, 通过测试发现结果与认定值或者其他方法的分析结果基本吻合。
2 手持式X射线荧光光谱仪的应用
 
金属制造和加工需要元素级别的精度, 但随着废金属贸易全球化、假冒金属的涌现以及可能存在的不准确材料测试报告, 金属行业中所有参与方———供应商、分销商、检验人员/机构和工业消费者, 都面临着合金共混的风险。合金品级错误或不合格可能会造成严重的设备故障, 这种情况在航空航天工业中很常见。目前国内和国外都有多款用于金属分析的手持X射线荧光光谱仪, 主要应用如下:
2.1 合金材料鉴别
 
对于合金材料存在的不合格或者规格不符的现象, 防止其使用是极其重要的。过去的三十年中, 诸多严重的事故使人们认识到合金材料得混料与管道系统损坏带来的潜在危险, 因此, 在生产过程中对生产设备合金材质的变化进行监控, 确保能够进行安全生产就显得尤为重要。对于存在一定安全隐患抽样检验来说, 关键材质进行全检代替抽检是安全生产的保证。其针对的主要是金属冶炼、航天航空等领域的安装材料复检、来料检验、库存材料管理, 防止把料弄混或使用不合格的材料会产生严重的安全事故。用手持式X射线荧光光谱仪对产生“点-射”的操作, 仅需测试1~2 s, 合金等级拍好鉴定结果就可以显示在显示屏上, 在多花上几秒钟的时间就可以获得更精确的成分分析结果。对于表面相对干净的合金样品, 不需要对其进行制备, 也无需考虑形状和大小, 可以直接将分析仪与样品接触, 然后一个简单的扳机操作, 就可以对其进行测试了。
2.2 质量保证与质量控制
 
金属合金成分检测的质量保证和控制对产品的可靠性和安全性是具有重要意义的。并且在金属制造行业中, 对于原材料、半成品和成品的质量保证和质量控制至关重要, 几种材料的混用或使用不合格材料都会给企业带来不必要的损失。例如在为了保证航空发动机的推力、推重比以及可靠性, 生产中采用了内部结构复杂、零部件的加工的精度要求十分苛刻的合金。这些贵重或关键部件及机械的制造商和安装人员在了解这些部件及机械装置使用了正确牌号合金的情况下, 便不用担心安全问题, 尽管可能不知道材料的来源。所以从金属制品的流程来看, 生产———服务中心———分销商, 零件加工———成品组装, 因为潜在的原材料混料现象的存在, 会优先考虑快速无损的检测方式, 所以手持式XRF光谱分析仪被广泛用于从小型金属材料加工厂到大型的飞机制造商的各种制造业。已成为质量体系中材料的确认、半成品材料的检验、成品材料的复检的首选仪器。
3 结语
 
采用手持式X射线荧光光谱仪检测金属材料, 能较好地鉴别各种金属材料牌号, 尽管在提高轻元素检测结果的正确度、精密度等方面仍有提升空间, 并且随着科技的进步, 手持式X射线荧光光谱仪已从废料分拣、混料排查、批量抽查、产品筛查与普查、金属材料牌号鉴别等的定性、半定量分析阶段, 逐步迈进定量分析时代。
 

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