金属材料成分分析

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金属材料成分分析范文第1篇

[关键词]金属材料，化学成本，仪器分析

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01

金属材料的化学成分是决定材料性能和质量的重要因素，现行国家、行业标准对绝大多数的金属材料都规定了其必须保证的化学成分，有的甚至作为质量、品种的指标。金属材料的化学成分分析依据分析原理和分析条件不同，分为化学法和仪器法。化学法主要根据金属成分的化学反应来确定金属材料的组成成分，这种方法能够准确定性及定量分析金属化学成分，但存在着试剂消耗量大、过程复杂、效率低下的缺点。仪器分析法则根据元素的的光学、电学等化学性质，利用分析设备为依托，准确快速地实现成分分析。随着仪器分析学科的发展和越来越多先进分析设备的问世，紫外可见分光光度法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、原子发射光谱法以及X射线荧光光谱法等仪器分析方法在金属材料分析领域应用越来越成熟。

一、 紫外可见分光光度法

分光光度法的原理是利用重金属与显色剂发生络合反应，生成有色的分子团，反应后溶液的颜色深浅与浓度成正比。在特定的波长下与标准样品比色检测。目前分光光度分析主要有两种，一种是利用物质本身对紫外及可见光的吸收进行测定，另一种是生成有色化合物，即“显色”，然后测定。虽然不少无机离子在紫外和可见区都有吸收，但因一般强度较弱，所以直接用于分析的较少。加入显色剂使待测物转化为紫外和可见光区有吸收的化合物来进行光度测定，是目前金属材料分光光度分析方法最广泛的手段。通过分光光度法，可测定金属材料中的Mn、P、Si、Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、V、Al、W、Nb、Mg等化学成分。与传统化学法相比，紫外可见分光光度法具有灵敏度高，仪器设备操作简单，操作便捷、快速的有点，能够广泛应用在各种金属材料的化学成分分析中，但是相比较于化学法以及其他仪器分析方法，存在着样品需要显色处理、准确度不高的不足。

二、 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法是20世纪50年代创立起来的一种新型仪器分析方法，依据金属材料中被分析的目标元素能够吸收特定波长的特征谱线，根据特定元素对光吸收量的多少从而利用朗博比尔定律去进行定量分析，实现金属材料中元素含量的分析。该种方法能够实现金属材料中70多种微量元素的成分分析。分析灵敏度根据原子化方式的不同有所不同，火焰原子吸收光谱法测定的金属材料相对灵敏度为1.0×10-8～1.0×10-10g・mL-1，非火焰原子吸收分光光度法的绝对灵敏度为1.0×10-12～1.0×10-14g。原子吸收光谱法作为一种成熟且应用广泛的分析方法，应用在金属材料化学分析领域具有不可替代的优点：首先，该方法分析范围广，能够分析金属材料中70多种主次微含量的元素；其次，原子吸收光谱法采用的是锐线光源，减少了目标元素之外的其他元素光谱干扰，有利于得到更为准确的分析结果，测定微、痕量元素的相对误差可达0.1%～0.5%，这点在基体复杂的金属材料分析中尤为明显；再次，该方法具有良好的稳定性和重现性，精密度好，一般的仪器分析结果相对标准偏差为1%～2%，性能好的仪器可达0.1%～0.5%。第四，该方法分析的速度快，分析一个样品只需要数十秒至几分钟。基于以上优点，该方法已经成为金属材料化学成分分析的主要手段。但是该法也存在每次测试只能分析一个目标元素，分析多元素时样品用量大，以及只能分析液体样品，金属材料需要化学前处理的不足。

三、原子荧光光谱法

原子荧光光谱法是1964年以后发展起来的，是通过测量待测元素的原子蒸汽在特定频率能激以下所产生的荧光发射强度，以此来测定待测元素含量的方法。原子荧光主要有5种基本类型：共振荧光、直跃线荧光、阶跃线荧光、敏化荧光和多光子荧光。大部分仪器分析工作时使用的是共振荧光因其跃迁的概率最大且普通线光源即可获得相当高的辐射密度。原子荧光光谱法在金属材料化学分析中应用最成功的是金属材料中易形成气态氢化物的As、Sb、Bi、Se、Ge、Pb、Sn、Te和Hg等8种元素的痕量分析，到20世纪末，又增加了Cd和Zn两种元素。目前有些国家标准中已经将原子荧光光谱法指定为金属材料中个别元素分析的标准方法。原子荧光光谱法分析金属材料，具备以下几个方面的优点：1、分析元素能够与可能引起干扰的样品基体分离，消除干扰；2、与溶液直接喷雾进样相比，氢化物法能够将待测元素充分预富集，进样效率接近100%；3、连续氢化物发生装置易于实现自动化；4、不同价态的氢化物发生条件不同，可进行金属材料中痕量元素的价态分析。但是基于原子荧光光谱法的原理，能够形成气态氢化物的元素有限，所以原子荧光光谱法仅能够实现金属材料中部分元素的分析，而不能实现所有成分元素的测定，存在一定的局限性。

四、原子发射光谱法

原子发射光谱法与原子吸收光谱法相辅相成，是金属材料中无机元素定性和定量分析的主要手段。分析的原理是依据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线，对元素进行定性和定量分析。该方法分析目前最主要的仪器为ICP-AES，此类仪器可实现70多个元素的微量、痕量分析。与原子吸收光谱法不同，使用该仪器分析方法分析金属材料时，一个样品一经激发，样品中各元素都各自发射出其特征谱线，从而可以实现一个金属材料样品同时测定其中的多个元素含量。使用原子发射光谱法分析的试样，大多数不需经过化学处理就可分析，且固体、液体试样均可直接分析，若用光电直读光谱仪，还可在几分钟内同时做几十个元素的定量测定。对于批量金属材料的分析，体现出了快速和样品使用量较少的优点。原子发射光谱法的仪器大多都具备检出限低，稳定性及重现性好的优点，但也存在一定的不足，在金属材料分析中，由于各个元素的发射谱线众多，各个目标元素有时会出现相互干扰的情况，影响结果准确性；分析金属材料中主元素含量时，由于含量过高，分析的准确性会变差；该类仪器分析方法，只能分析金属材料中的元素含量，而不能分析金属材料中的化合物含量或者元素的形态；虽然缺点明显，但是原子发射光谱法还是以其无法比拟的优点赢得众多金属材料化学成分分析者的欢迎，成为金属材料化学分析的首选手段。

五、结语

使用仪器分析方法进行金属材料的化学成分分析，每种方法适用的样品类型以及分析的目标不一致，优缺点明显。如何根据金属材料的性质以及分析的目标选取适当经济的分析方法，才是做好金属材料化学分析的关键。随着化学分析技术的进步以及仪器性能的不断提高，仪器分析手段将会更加广泛地应用到金属材料化学分析中。

参考文献

[1] 孙汉文.光谱学与光谱分析，2003，23（2）：386.

[2] 那延富，郑健，冯国栋等.分析化学，2003，31（4）：490.

[3] 邓勃.现代仪器，2004，（2）：1.

[4] GB/T12689.1～13689.12-2004锌及锌合金化学分析方法.

金属材料成分分析范文第2篇

文章主要阐述了各种金属材料化学成分分析方法的原理和优缺点，并在此基础上，阐述了今后金属材料分析方法的发展方向。

关键词：

金属材料；化学成分；分析方法；现状；发展趋势

引言

金属材料在现代建筑和工业设施建设中起着无可替代的作用，随着新型建筑和工业装备的出现，高性能材料的需求不断增加。例如，北京奥运主场馆“鸟巢”在国内建筑史上首次使用110mm的Q460，由舞阳钢厂的科研人员首次研制成功。此外，随着第三代核电AP1000在国内的建设，SA738与S32101这两种高性能钢材才开始在国内研制与生产。众所周知，金属材料性能的优劣主要是由组织结构决定，同时组织结构会随其元素种类和相对含量的不同而改变[1-3]。因此，准确分析材料元素种类和含量，对于新性能材料的研发和合理利用至关重要。金属材料中比较重要的元素为碳、硅、锰、硫和磷，对材料的性能影响最显著。对材料的物理性能影响最大的元素是碳，碳含量的高低直接影响钢铁组织变化，例如奥氏体钢和马氏体钢，从而影响钢材的物理性能。硅作为脱氧剂，炼钢过程必不可少。沸腾钢的含硅量很低，而在镇静钢中硅的含量一般为0.12%～0.37％。钢中硅含量的增加，会相应提高屈服强度和抗拉强度，例如调质结构钢中硅含量增加1.0%～1.2%，强度可提升15%～20%。但是，硅含量的提高会降低钢材的伸长率和收缩率，冲击韧性明显降低。硫作为钢中的有害元素，在炼钢过程引入，会降低韧性和延展性，造成钢材在热加工过程开裂，因此钢材含硫量都严格控制，例如Q235B要求硫≤0.045%[4]。磷作为钢中有害元素，会降低钢的塑性，同时影响其焊接性能和冷弯性能，所以一般钢种要求磷≤0.045%，优质钢含磷量更低。要掌握金属材料的性能，必须准确分析元素含量，并在此基础上研发性能更加优异的材料。尤其微量元素硼、铝、氮、钒、钛和铌等，例如SA738Gr.D要求硼≤0.0007%，Q345B要求铝≤0.015%[5]。这就要求我们合理的利用化学分析方法，足够精确地分析相关元素含量。

1化学分析方法

随着分析技术的发展，分析金属材料的化学成分先后出现的方法有重量法、滴定法、分光光度法、原子光谱法（原子发射光谱法和吸收光谱法）和电感耦合等离子质谱法等[6-8]。其中，重量法、滴定法和分光光度法主要基于离子之间的化学反应，分析化学学科出现时实验人员已经熟练掌握，需要简单的仪器设备即可展开测试，并且易于应用。后面的方法为近几十年新研发出的，物理学研究深入到原子核阶段以后才相继出现，并且随着技术的进步，仪器的研发会朝着效率更高、操作更简单的方向发展，不足之处就是设备比较昂贵，无法在中小企业普及。

1.1重量分析法重量分析法是经典的定量分析方法。出现时间较早，使用最成熟。重量法原理是将材料中待测元素通过化学反应转化为转化为可称量的化合物，经过过滤-烘干即可准确计算材料中待测元素的含量。当前，重量法主要适用于高含量的Si、S、P、Ag、Cu、Ni和Pb等元素含量的测定。重量法便于操作，但需要合理的沉淀和称量，才能获得准确的测定结果。

1.2滴定分析法滴定分析法，通过两种溶液的相互滴加，并通过显色剂判断反应的终止，按照化学反应计量关系计算待测金属成分含量。根据化学反应机理的不同，可分为酸碱滴定法（主要分析钢铁中的C、Si、P、N、B等元素）、氧化还原滴定法（主要测定Fe、Mn、Cr、V、Cu、Pn、Co和S等）、沉淀滴定法（不常用）和络合滴定法（常用来分析Ni、Mg、Zn、Pb、Al等）四类。此分析方法只需要配置相应的玻璃仪器（比如：滴定管和容量瓶等），成本低廉，易于操作，现在一些中小企业仍在使用。缺点是只能进行单元素分析，分析周期长，不适用于微量元素分析，且分析数据会随操作人员的熟练程度进行波动。

1.3分光光度法分光光度法的理论基础是Beer-Lambert定律，用公式表达为A=KcL，在入射光强度一定的情况下，溶液的吸光度正比于溶液的浓度，通过吸光度的变化即可计算待测元素的浓度。分析待测试样前首先要建立标准溶液的吸收光谱曲线，通过这一曲线进行待测试样元素浓度的定量分析。常用于分光光度法分析的仪器有红外、紫外-可见和原子吸收分光光度计。此方法优点仅需一台分光光度计即可完成，同时兼具灵敏度高，操作简单迅速，应用范围广（周期表中的所有金属元素都可测定，也可测定Si、S、N、B、As、Se、和卤素等非金属元素）。缺点为只可单元素分析，其分析结果的准确性需要依赖灵敏的显色剂，且不同元素之间存在一定的干扰，造成最终的分析结果存在未知偏差。

1.4X射线荧光光谱法X射线荧光光谱法的理论基础：物质的基态原子吸收特定波长的X射线后，外层的电子被激发至高能态，处于高能态的电子极不稳定，又跃回至基态或低能态，同时发射出荧光；荧光强度正比于试样中待测元素浓度，通过测定荧光强度即可确定试样中元素含量。当原子辐射的荧光波长与照射X射线波长不同时，称为非共振荧光，反之，则为共振荧光，分析中应用较多的是共振荧光。此法的优点是检出线低，谱线易于分析，分析迅速，若用激光做激发光源时分析效果更佳。缺点该方法要求样品较高的均一性，同时受基体效应的影响，分析结果存在偏差，通常需要进行一定程度地校正。

1.5原子光谱法

（1）原子吸收光谱法。工作原理为用被测元素纯金属制成空心阴极灯的阴极，该光源辐射出特征波长光，通过分光系统寻找该谱线并至于峰线极大位置，此时吸收池溶液在原子化器的作用下生成该元素的基态原子，基态原子吸收特征波长的光而上升到激发态，根据特征波长光强度的改变进行分析得出金属成分含量。原子吸收光谱仪的核心部分为原子化器，目前的原子化器主要有火焰原子、石墨炉原子和汞/氢化物发生原子器（专测Hg、As、Bi、Pn和Sn等）这三种，比较常用的是火焰原子和石墨炉原子吸收光谱仪。火焰原子吸收光谱法，其工作原理为利用火焰的高温燃烧使试样原子化进行元素含量分析的一种方法。优点：火焰稳定、读测精度好、基体效应小和噪声小。缺点：点火麻烦、原子化效率低造成精度和灵敏度差，只可分析液体样品。石墨炉原子吸收法是利用电流加热石墨炉产生阻热高温使式样原子化，并进行辐射光谱吸收分析的方法。相比于火焰原子吸收法，分析试样几乎全部参加原子化，且有效避免了火焰气体对原子浓度的稀释，此外激发态原子在吸收区停留时间长达1-10-1数量级，因此分析灵敏度和检出限得到了显著的改善。优点：样品利用率高、灵敏度高（检测限低）、低的化学干扰、液体样品和固体样品均可分析。缺点：设备操作复杂，不如火焰法快速简捷，对试样的均匀性要求高和有较强的背景吸收，测定精度不如火焰原子吸收法。

（2）原子发射光谱法。原子发射光谱法是依据物质中的基态原子获得外界传递的能量后，外层电子会经历“低能级—高能级—低能级”，多余的能量以相应的谱线释放，即发射光谱。根据发射光谱就可判断相应元素种类和含量。目前利用原子发射光谱法研制的分析仪器有光电直读光谱仪和电感耦合等离子发射光谱仪。此类方法仪器的共同优点为多元素同时分析，分析周期短。光电直读光谱仪，其工作原理是用电火花激发材料表面，材料表面的原子经激发而发生电子跃迁，从而发射出材料内部元素的特征谱线。优点：测试时间短（几分钟内可以准确分析20多种元素）；适用于较宽的波长范围；使用的浓度范围广（可同时进行高低含量元素的分析）。缺点为：由于出射狭缝固定，对分析钢种经常变化的用户不太适用；谱线易漂移，需要定期校准；不能分析小尺寸和不规则样品。电感耦合等离子原子发射光谱仪（ICP）也是一种新型的原子发射光谱法，工作原理为待测物质被环状高温等离子体光源加热至可达6000-8000K，待测物质原子由产生电子跃迁，从而辐射出特征谱线进行元素含量测定。ICP根据进样系统的不同又分为固体进样、液体进样和气体进样三类。ICP要比直读光谱仪器的检出限更低，灵敏度高[9]。缺点对进样系统要求非常严格，无法分析部分难溶和非金属元素。溶液进样系统需要将式样要做成溶液样品，此过程要用酸碱溶样，会对操作人健康造成一定伤害，用时较长。

1.6电感耦合等离子体质谱法电感耦合等离子体质谱法是在电感耦合等离子发射光谱仪的基础上发展起来的一种较灵敏的元素分析方法。相比于电感耦合等离子发射光谱仪，增加了一个四极质谱仪，质谱仪分离不同质荷比的激发离子，最后测量各种离子谱峰强度的一种分析方法。电感耦合等离子质谱仪主要用于测定超痕量和同位素比值，比如对金属材料中的微量元素、镧系元素、难熔金属元素和贵金属元素的含量进行测定[10]。优点为操作简单、测试周期短、灵敏度高（达ng/ml或更低）。缺点实际检测成本高制约其广泛使用，目前主要用于地质学中金属矿石微量、痕量和超痕量的金属元素测定。

1.7激光诱导等离子体光谱法该方法是一种新兴的分析技术，是原子发射光谱法的一种。利用高功率激光作用于物质表面，产生瞬态等离子体，光谱仪对等离子体辐射光谱进行分析，就可以确定材料中待分析元素的含量。可用于固体、液体和气体中元素定性和定量分析。所需设备比教简单，操作方便，可以同时进行多种元素含量测定，分析效率有效提高，此外还可满足远程分析的需要。缺点适用范围较窄，目前主要用来测量不锈钢中的微量元素[9]。

2展望

随着工业的发展和建筑要求的提高，研发新型和高性能金属材料的需求日益增加，各种痕量元素的快速与简便测定变得愈加重要。文中介绍的主流分析方法或多或少都有一些缺点。比如：直读直读光谱仪只能分析特定尺寸块状样品；部分电感耦合等离子光谱仪需要酸或碱溶样，溶样过程处理不当会危害环境和人体健康，相应延长了测试周期等。基于此，现有的一些操作方法已经不能满足实际应用需要，这就迫切需要我们研发使用方便，分析周期短，灵敏度高，检出限低和绿色环保的新方法和新仪器。因此，我们广大测试人员和仪器制造商应共同努力，推动金属材料化学分析实验方法及仪器不断进步。

参考文献

[1]赵黎锋.各种金属材料成分分析方法现状与趋势[J].科技创新报，2012，（05）．

[2]李军.金属材料成分分析方法探讨[J]．中国高新技术企业，2015，（13）．

[3]狄海燕.新技术下金属材料成分分析技术发展前景[J]．科技创新与应用，2014,（26）．

[4]GB/T700-2006碳素结构钢[S]．[5]GB/T1591-2008低合金高强度结构钢[S]．

[6]胡江桥.金属材料成分分析技术现状及发展趋势[J].中国新技术新产品，2013，（10）．

[7]李大为.金属材料成分分析方法现状与趋势[J].工业设计，2012，（3）．

[8]程美洁.金属材料成分分析技术现状及发展趋势[J].资源节约与环保，2015，（8）．

[9]程栋,陈海峰.电感藕合等离子发射光谱在金属材料分析中的应用[J].电站辅机，2007，（1）．

金属材料成分分析范文第3篇

1.热模拟试验技术

1.1.主要功能热模拟试验机拥有高效和多样化的冶金过程工艺研究手段,是当前广泛应用的先进的动态热模拟试验设备,由计算机控制并且配有数据自动采样和处理系统,功能齐全、可以完成包括轧制锻压工艺、连铸冶炼工艺、焊接工艺、金属热处理工艺、机械热疲劳等内容在内的动态过程模拟试验,可以测定金属高温力学性能、金属热物性及CCT曲线、应力应变曲线等。具有试验精度高,重复性好,能够为试验者制订和改良其生产工艺提供可靠的实验依据。通过热模拟,新材料的开发和冶金过程工艺的改进可在实验室内进行,并可将结果直接应用到现场生产中。

1.2应用领域

1.2.1材料试验研究各种不同几何尺寸的热拉伸试验;热压缩试验,如:单向流变应力试验、平面应变压缩试验、应变诱导裂纹扩展试验等;熔化和凝固试验;零强度温度/零塑性温度确定;热疲劳/热机械疲劳试验;热循环/热处理;相变、TTT/CCT/CHT曲线测定;裂纹敏感性试验;形变热处理,如:应力松弛析出试验(PPT图测定)、蠕变/应力破坏试验等;液化脆性断裂研究;固/液界面研究;固液两相区变形行为研究。

1.2.2冶金过程模拟铸造和连铸;固液两相区加工过程;热轧;锻压;挤压;焊接;板带热处理;金属材料热处理;粉末冶金/烧结等。

2.X射线衍射(XRD)实验技术

2.1基本原理X射线衍射手段在许多学科和经济建设的各行各业都获得了广泛的应用。一是由于固态物质内部组织绝大部分都是以晶体形式存在,应用范围十分广泛。二是以晶体分析见长的XRD手段既能解决物质的名称、化学式、物相结构等物质认识的基本问题,又能解决物质结构与制备工艺、材料性能相互联系的深层次问题。固态物质按元素的种类、含量、结合键、原子排列方式及显微分析几个层次逐渐认识。基于原子内层电子的激发或吸收建立的各种光谱、能谱分析方法,是分析物质内所含元素的种类和含量,却无法判定元素的价态和结合方式。元素只见的结合构成物质的动力主要是外层电子的相互作用,XRD正好满足这种要求,它直接面对的是物质的本身,确定样品是单质、化合物、固熔体还是混合物,测定其排列结构和化学式。即确定元素存在的形式和状态。与光谱分析相互依存和补充。由于化学键的作用,使得原子之间近有斥力远有引力,最终只能束缚在网络结构中形成晶体,这在强相互作用的离子键、金属键、原子键、共价键更显突出。晶体空间点阵是最小单元晶胞的重复排列,晶胞三个轴长abc为晶格常数,它及其之间的夹角,构成了四方、立方、斜方、单斜、三斜等各种可能的晶系。

不同晶面之间最大的区别在于晶面距d不同,它是晶体物质的客观特征,它反映了元素之间结合方式和状态,构成了检验物质的“指纹”特征。简单的说,X射线衍射(XRD)分析正是基于这一“指纹”特征,利用具有特征波长和固定方向的X射线,以和样品表面成θ角入射,探头在和入射线成2θ处接收,这样从低角度到高角度扫描出的谱线即为X射线衍射峰。

2.2应用领域无机物、有机物物相的定性、定量测定;钢中残余奥氏体、残余应力的测定;点阵参数的测定;材料织构分析等。

3.金属原位分析技术

3.1工作原理利用火花直读光谱仪的原理,进行金属材料中大面积范围内的成分及状态定量分布的快速分析,具备元素偏析度分析、夹杂物的定量分析与分布分析、金属表面疏松度分析以及成分分析四大基本功能。与传统技术比较,具备制样简单、定量准确、分析速度快的特点。

3.2关键技术

3.2.1连续激发同步扫描定位技术全数字式交流伺服驱动;扫描范围:250×250mm;位置重复精度:±0.1mm

3.2.2单次火花放电高速采集技术高速数字式记录单次火花放电的全峰形;自动甄别夹杂物的异常火花;噪音自滤波功能,提高信噪比,实现纯金属分析

3.2.3火花光谱单次放电数字解析技术(SDA)利用扫描平台夹持试样,实现连续移动激发,由高速数据采集系统采集每次放电火花的谱线强度与位置,以数字方式实事记录,通过统计解析从而进行样品的成分分析、元素分布分析(偏析度分析)、疏松度分析以及夹杂物分布分析。

3.3.应用领域

3.3.1元素成分分布分析和偏析度分析中心线、对角线快速扫描分析;各元素沿线含量分布图;强度与浓度自动转换;面扫描分析;各元素二维等高分布图;自动计算偏析度;动态显示每点的各元素含量;色标定量指示成分高低;三维立体分布图;立体旋转功能。

3.3.2样品成分统计分布分析对样品表面一定区域内的元素成分进行区间统计分析,快速、准确、定量、全面表征元素偏析状况。

金属材料成分分析范文第4篇

国内许多材料专业是在之前的铸、锻、焊、热处理等专业基础上建立起来的，国家振兴东北老工业基地的政策，使得以金属材料为主体的专业仍然担负着人才培养的重要任务。我校金属材料工程专业在设立之初，立足专业教师优势科研方向及社会经济发展，结合国家重大战略需求，设置了先进材料和无损检测专业方向模块，学生既能掌握深厚的金属材料工程专业基础知识，同时又能在新材料研发及金属材料缺陷、损伤评价等方面得到训练。2011年，为了配合国家战略性新兴产业需要，以先进材料专业方向为基础筹建的功能材料专业，获得教育部第七批高等学校特色专业建设点的支持，成为国家战略性新兴产业相关建设专业之一。在我校2012年的培养计划中，顺应国家“高等学校创新能力提升计划”中提出的“提升人才、学科、科研三位一体的创新能力，构建面向行业产业以及区域发展重大需求”以及国家“十二五”科技规划中“科技与经济紧密结合，将促进科技成果转化为现实生产力作为主攻方向”的战略需求，结合本专业教师近年来承担国家重点基础研究发展计划(973计划)、863计划等科技项目的实际发展，设立了金属材料工程与技术专业方向，培养在材料结构研究与分析、金属材料及复合材料制备与成型、金属材料工程质量管理以及材料检测与表征等领域的高素质人才。材料专业的课程设置有基础课、专业基础课和专业课。专业基础课程包括材料科学基础、固态相变原理及应用、材料成型原理、金属材料学、近代材料分析技术、材料力学性能、材料物理性能等。在专业课程中，设置了材料表面工程技术、工程安全及质量管理、腐蚀及防护、热处理工艺及设备、失效分析等。其中，新设的工程安全及质量管理课程，旨在加强学生在标准规范及产品质量管理方面的知识积累，提高学生的国际竞争意识。在选修课中，有目的地新增材料工程的节能环保课程，引导学生关注专业技术的发展，同时补充有关知识，开阔学生视野，使其具备技术伦理学知识，能够认识技术发展可能带来的社会问题，并加以判断和自我约束。由于金属材料工程是一个与工程实际有着紧密联系、实践性很强的专业，因此专业基础课程和专业课程中的实验教学是整个教学体系的重要组成部分。实验教学可以增强学生对所学知识的感性认识，并培养学生分析实际问题的能力，对于强化工程素质、启迪创新思维和创造能力有重要作用。金属材料工程专业的实验课注重学生对材料基本结构、工艺、性能及其相互间关系的认识，并培养学生通过实验环节完成上述分析的能力。实验课程的设置及实验内容，对学生专业知识的掌握、能力的培养等具有重要作用。

2面向专业方向课程群的综合实验平台与模块化实验教学体系

在专业基础课的实验设置上，每门专业基础课均设置了独立的实验课，即材料科学基础实验、固态相变原理实验、材料分析方法实验、材料成形原理实验、金属材料学实验、材料物理/力学性能实验等，进一步系统整合专业基础课程体系的实验教学内容，优化实验项目，合理配置实验装置和设备，主要目的是培养学生的基本实验技能，配合理论教学深入理解材料科学与工程的知识体系。在专业课程的实验设置上，基于专业整体学时有限的实际情况，分别在两个学期设置了金属材料工程与技术综合实验I和金属材料工程与技术综合实验II，通过系统规划、整合各课程的实验环节，使之与专业方向课程群的理论教学相辅相成，培养学生专业实验实践能力，并能够在工程问题的解决和工程思想的培养上得到进展。

专业基础课和专业课实验的设置按照演示性、验证性、综合性和设计性实验层次系统布局，渐次推进。其中演示性、验证性实验在课程学习的早期进行。重点对各类材料基础课程中的重要定理、现象、过程进行实践上的验证和事实的说明，从而使学生对该部分内容加深理解，增强记忆，牢固掌握基本理论知识。综合性实验以综合应用性实验为主体，重点是专业基础课程、专业课程所涉及的综合性、系统性、实践应用性、专业性较强及知识面较宽的工作原理、工艺过程、系统分析与设计等教学内容的实验。综合性实验使学生在综合应用、实践操作、分析问题、解决问题等基本技能方面得到训练和提高。设计创新性实验以学生设计、创新为主体。学生利用学过的理论及专业知识，通过科学的命题、选题，开设、开发创新性实验，旨在调动学生的创新积极性，启发学生的创新思维，增强创新能力培养。为完成实验课程教学内容，达到实验教学目的，有效利用实验资源，我们为实验人员及学生提供灵活的选择，在专业基础课和专业课系列实验的大框架下，设置六个二级平台：(1)样品制备平台；(2)显微组织观察及表征实验平台；(3)相变测试及分析实验平台；(4)性能测试及表征实验平台；(5)金属材料工程与技术综合实验平台；(6)无损检测综合实验平台。在各二级平台中建设模块化的实验单元，为各类实验提供平台。例如：在样品制备平台二级平台下设置块材样品制备技术、薄膜样品制备技术、电镜样品制备技术、性能样品制备技术等实验模块；在显微组织观察及表征实验平台二级平台下设置金相显微镜的构造、成像原理与使用方法，金相组织的观察与分析方法，物相定性、定量分析方法，材料成分分析、表征方法，晶粒尺寸测定及评定方法，铁碳平衡组织观察，钢的非平衡组织观察，铸造组织及缺陷的观察，有色金属及合金的组织观察等模块。学生可以结合课程学习的内容、实验的要求，选择各模块开展实验。建立演示性、验证性、综合性和设计性实验层次合理、功能基本齐全、规模适当的教学实验体系。

3结束语

金属材料成分分析范文第5篇

关键词：925银；补口；焊料

中图分类号：TF文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）05-0333-02

现在的世界，科技不断发展，使人们的生活水平大幅度提高。人们对饰品的外观、造型的要求，将会像对时装的需求一样。正因为如此，新型贵金属饰品材料的开发研究显得越来越重要，怎样使其能够生产出造型更精致、色彩更丰富、材料性能更加稳定的饰品，以满足消费者的需求，正在成为这个领域的研究热点。

这就使得我们有必要对现今在市场上存在的各种贵金属合金首饰的成分和含量以及制作工艺做大量的研究，以求在充分了解市场及各种金属成分及其含量的变化所带来的贵金属合金各方面性质变化的基础上，为我们开发出更加美观，适合人们佩带，并有利于人们身体健康的贵金属首饰奠定基础，从而适应日益发展的市场的需求。

银补口、焊料的制作加工工艺也在期间日臻成熟。其中银补口是为了能很好的解决银饰品的氧化、变黑、麻点、沙洞、断裂等问题而在银料中填加的其他金属元素；而焊药是指在加工贵金属材料时所用的连接贵金属及其合金之间断口的一种与贵金属及其合金性质相似的合金材料。焊药也是由各种贵金属合金材料制成的。

目前我们采用的主要是两种比较常用的对银补口和焊料的成分含量进行分析的方法，首先是X射线荧光光谱分析法--x射线荧光光谱分析法的基木原理是：以足够高能量的x射线光子轰击样品，从样品原子中激发出能反映不同元素特征的独立的特征x射线。检测特征x射线的波长(能量)及其强度，从而对样品进行定性和定量分析。可以用于贵金属成分及含量分析方法的综合分析。这次测试中所用x射线荧光光谱分析仪的型号为GY-I（D），测试温度为常温。

另一种分析方法是电子探针x射线显微分析法--电子探针x射线显微分析法的基本原理是：用高能微细的电子束轰击样品，使样品产生特征的x射线，由此可以定性、定量的分析样品微区的元素类型和含量。其分析微区的下限可以达到1um，分析的元素可以从第11号~92号（Na~U，高型号的仪器可以分析5~92号元素）。由于电子束照射面积很小，因而相应的x射线特征谱线将反映出该微小区域内的元素种类及其含量。显然，电子探针将电子放大成像与x射线衍射分析结合起来，就能将所测微区的形状和物相分析对应起来(微区成分分析)，这是其最大的优点，本次所用电子探针x射线显微分析仪型号为JCXA-733，测试温度为20℃，湿度为60%。

在对常见的倒模用925银高温补口、倒模用925银中温补口、手造用925银补口以及925银的焊料进行成分分析后，由于在合金中加入镍可以提升合金材料的延展性、熔点等性能，而在合金中加入铜和锌可以增加合金的可铸性能，因此，今天我们所要讨论的925银的补口材料除了银以外主要涉及到三种金属：铜、锌和镍。

1 倒模用925银高温补口

用做倒模的高温融合925银的补口材料颜色为暗银白色，用两种方法做出的测试结果如下：

与市场上常见的含铜量为7.5%的银铜合金相比，这种倒模原料的含铜量比较低，不到其含铜量的一半。这是由于作为倒模原料，这种材料是用于生产925银饰品的起版需要。而锌对合金的时效起着很重要的作用，加入锌可以使贵金属合金在热处理的条件下硬化，来提高其硬度，使倒模更加有形，而不会因为温度过高或压力过大而使其模子变形，因此，在925银高温倒模材料中加入了较高含量的锌，为所有补口材料中最多的，超过了补口材料总量的一半。

2 倒模用925银中温补口

用做倒模的中温融合925银的补口材料的颜色为亮金黄色，其分析结果如下：

925银中温倒模材料成分及含量

由于铜的增加可以使合金的熔点降低，从而使这种925银倒模材料中温熔合成为可能；并且这种材料的熔合温度比较低，也就没有必要增加其耐腐蚀性能；另外，铜含量的增加还可以增加贵金属合金的可铸性能，这就弥补了中温银合金由于温度较低而引起的可铸性能较差的缺点。因此，与925银的高温倒模材料相比，其中温熔合的补口材料中铜的含量有了很大幅度的增加，而锌的量相应的大幅度的减少，镍含量也有一定程度的减少。

由于铜锌总含量基本保持不变，使合金的硬度也没有什么显著的变化。这已经基本上可以适应中温熔合的温度，因此，无须加入较大量的锌来通过热处理进一步增加合金的硬度。而正如上面所述，这种用途对材料的综合性能并没有很多要求，因此，镍的含量也相对减少了很多。

3 手造用925银补口

用做手工制造的925银的补口材料颜色为金黄偏红色调，通过2种方法综合后分析结果如下：

阅读上表可以看出，除了镍含量有显著增加之外，铜和锌的含量相比925银中温倒模材料没有什么显著变化。这是因为手造材料与中温倒模材料一样，在合金硬度没有什么显著变化的前提条件下对合金的稳定性和耐腐蚀性能的要求不是很高，而由于是纯手工制造，对合金的可铸性能和熔合温度却有要求。不同的是，手造材料要求金属合金材料能够具有较好的综合素质，因此适当的增加了镍的含量。

4 925银的焊料

925银的焊料的颜色为暗黄色。由于通过2种方法测试得出结果相差较大，故将2结果分开列出：

X射线荧光光谱分析法分析测试结果

这两组数据用两种分析方法所得结果的差别较大，说明不同颗粒的非贵金属含量有一定的变化范围，未达到比较一致的程度。作为925银的焊料，首先要求合金材料具有较低的熔点，比925银材料的熔点要低很多；其次，要求合金材料与925银有很好的互熔性；另外，合金对颜色的耐久性，耐腐蚀性，硬度等方面也有要求。

在这几方面的要求中，与925银的融合性是最重要的，因此，在其成分中加入了近于20%的银。其次是熔点和硬度，由于其熔点与加入铜的量有近于正比的关系，所以加入的铜的量是不能减少的，而贵金属的硬度只由合金中加入铜和锌的总量有关，因此锌的加入量可适当减少。这样，焊料的耐磨性和耐腐蚀性也就增加了。

通过对925银补口和银焊料研究，我们可以得出如下结论：

（1）925银的高温倒模用补口材料需要其合金具有很高的硬度、耐腐蚀性，并具有很高的熔点。因此其补口材料中，在加入的铜和锌总量不变从而其硬度比较高的前提条件下，含铜量不能太高，这样会降低合金的耐腐蚀性能；而锌可以使合金在热处理后硬度进一步上升。另外，微量的镍可以使合金在对人体几乎没有伤害的前提条件下增加合金延展性等综合素质，也使合金能够较好的与模子相融合。

（2）925银的中温倒模用补口材料需要合金的熔点大幅度降低，从而成为中温融合的合金，并要求合金的可铸性能增加，以适应中温融合所带来的必须在较低温度下加工的考验；由于还是用于倒模，合金的硬度在此基础上不能有明显的降低。因此，其补口材料采用铜锌总量基本保持不变以保证其硬度没有大幅度降低的基础上，大幅度增加铜的含量，使熔点降低而可铸性能增加。这也带来了一些问题，如合金的化学稳定性会因此而降低，但是考虑到中温融合对于在高温条件下极度不稳定的银考验不是很大，适量的降低对其性能影响不大。综合考虑利弊两方面因素，只要在铜和锌的量之间寻找平衡就可以使其补口材料有一个比较合适的配比。

（3）925银的手造用补口材料与其中温倒模用补口材料很相象，这是因为手造材料与中温倒模材料一样需要较低的熔点，较高的可铸性以及较高的硬度。不同的是，手造材料需要用于佩带，而不是只用做倒模，所以这种合金对综合素质的要求较高，需要贵金属合金材料有很好的光泽，经久不变的颜色等，对合金的延展性也有更高一步的要求，因此，其含镍量有了大幅提高。

（4）925银的焊料首先要求与925银合金材料有很好的融合性，并且其熔点要比925银低很多，因此，其除了要含有与925银能够完美融合的银以外，还要含有大量的铜来降低合金的熔点。另外，合金还必须与925银材料一样具有较高的硬度和耐腐蚀性来适应经久的佩带，所以其铜和锌的含量依然很多。

随着社会的发展，这些合金的最佳成分和配比也在不断完善，通过加入不同的金属元素，合金的性质也在慢慢的向人们的需求靠近，金属添加剂的神奇作用在合金中也日趋明显，我们期待着更加适合人类佩戴的贵金属首饰问世。

参考文献

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