金属材料检测的常用分析方法

　　金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等，可以广泛应用于各个领域，包括航空、机械、计算机硬件等领域。金属的成分组成是决定材料性能的主要因素，了解金属成分及性能，能更好的将材料应用到产品中。

　　对金属材料的成分进行分析，可以了解材料的成分，从而对产品质量进行监控。此外，对于出现问题的产品进行分析，还可以分析原因，消除隐患。

　　1.金属材料的分类

　　黑色金属材料乃工业上对铁、铬和锰的统称，亦包括这三种金属的合金。黑色金属又称钢铁材料，包含纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、工具钢、高温合金、精密合金等。

　　有色合金是以一种有色金属为基体(通常大于50%)，加入一种或几种其他元素而构成的合金。有色金属通常指除去铁(有时也除去锰和铬)和铁基合金以外的所有金属。

　　有色金属可分为重金属(如铜、铅、锌)、轻金属(如铝、镁)、贵金属(如金、银、铂)及稀有金属(如钨、钼、锗、锂、镧、铀)。有色金属作为结构材料和功能材料广泛应用于机械制造业、建筑业、电子工业、航空航天、核能利用等领域。

　　2.金属材料检测方法

　　金属材料的成分分析测试的传统方法主要有：滴定法、分光光度法。

　　1.分光光度法

　　分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。它具有灵敏度高、操作简便、快速等优点，是生物化学实验中常用的实验方法。缺点是一次只能分析一个元素。检测的仪器包括紫外分光光度计、可见光光度计，红外分光光度计。

　　2.滴定法

　　滴定分析法，是将一种已知其准确浓度的试剂溶液(称为标准溶液)滴加到被测物质的溶液中，直到化学反应*时为止，然后根据所用试剂溶液的浓度和体积可以求得被测组分的含量，这种方法称为滴定分析法(或称容量分析法)。该方法适用于含量在1%以上各种物质的测试。此方法主要缺点是纯手工分析，效率差。

　　新型的测试方法，如等离子体发射光谱法，火花直读光谱法等，由传统单元素测试，到现在可以同时测试多个元素，效率和准确度不断提高。

　　3.火花直读光谱法

　　火花直读光谱仪是分析黑色金属及有色金属成份的快速定量分析仪器。广泛应用于冶金、机械及其他工业部门，进行冶炼炉前的在线分析以及中心实验室的产品检验，是控制产品质量的有效手段之一。

　　该法可进行多元素同时分析，准确度高，在一次激发和分析中，可在20秒内同时测量合金钢或有色合金的几十种元素含量。不消耗昂贵的化学试剂或特种辅料，缺点是对样品形状尺寸有一定要求。

　　4.原子吸收光谱分析法

　　原子吸收光谱分析法是基于试样蒸气相中被测元素的基态原子对由光源发出的该原子的特征性窄频辐射产生共振吸收，其吸光度在一定范围内与蒸气相中被测元素的基态原子浓度成正比，以此测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法。

　　该方法特别适合对气态原子吸收光辐射，具有灵敏度高、抗干扰能力强、选择性强、分析范围广及精密度高等优点。但也有缺陷，不能同时分析多种元素，对难溶元素测定时灵敏度不高，在测量一些复杂样品时效果不佳。

　　5.电感耦合等离子体光谱法

　　电感耦合等离子体发射光谱法是当前使用的方法。其原理是利用样品气溶胶进入等离子体焰时，绝大部分立即分解成激发态的原子、离子状态。当这些激发态的粒子回收到稳定的基态时要放出一定的能量(表现为一定波长的光谱)，测定每种元素*的谱线和强度，和标准溶液相比，就可以知道样品中所含元素的种类和含量。该法的优点是测试范围广且灵敏度高，分析速度快，准确度高，可以在一条标线下成批量样品测试，及同时测试多个元素。

　　6.X射线荧光光谱法

　　X射线荧光光谱法大多数用来测定金属元素，也是一种常见的金属材料成分测定方法。其测试原理是：当照射原子核的X射线能量与原子核的内层电子的能量在同一数量级时，核的内层电子共振吸收射线的辐射能量后发生跃迁，而在内层电子轨道上留下一个空穴，处于高能态的外层电子跳回低能态的空穴，将过剩的能量以X射线的形式放出，所产生的X射线即为代表各元素特征的X射线荧光谱线。其能量等于原子内壳层电子的能级差，即原子特定的电子层间跃迁能量。只要测出一系列X射线荧光谱线的波长，即能确定元素的种类；测得谱线强度并与标准样品比较，即可确定该元素的含量。

　　7.材料中碳硫分析

　　金属材料中尤其是钢材类金属中，碳元素和硫元素是主要的测试元素，而以上的方法都不能直接对碳元素和硫元素的准确定量。因此，碳、硫元素需要用碳硫分析仪进行测试。载气(氧气)经过净化后，导入燃烧炉(电阻炉或高频炉)，样品在燃烧炉高温下通过氧气氧化，使得样品中的碳和硫氧化为CO2、CO和SO2，所生成的氧化物通过除尘和除水净化装置后被氧气载入到硫检测池测定硫。此后，含有CO2、CO、SO2和O2的混合气体一并进入到加热的催化剂炉中，在催化剂炉中经过催化转换CO→CO2，SO2→SO3，这种混合气体进入到除硫试剂管后，导入碳检测池测定碳。

　　8.材料中氧氮分析法

　　氧氮分析仪是通过氧氮分析仪在惰性气氛下，通过脉冲加热分解试样，由红外检测器和热导检测器分别测定各种钢铁、有色金属和新型材料中氧、氮的含量。具有准确度高，检出限低等特点。适用于冶金、机械、科研、化工及商检质检等各行业黑色、有色、陶瓷、稀土及磁性材料中的氧氮元素含量的准确测定。