各种金属材料成分分析方法现状与趋势

各种金属材料成分分析方法现状与趋势

摘要:用于金属材料成分分析的方法比较多,当金属材料类型不同时,通常需要的分析方法也会有差异。本文对最近几年来经常用到的传统的金属材料分析方法进行综述,并简要介绍最新的分析方法及金属材料分析技术的发展趋势。

关键词:金属材料金属成分分析方法

引言

金属材料包括纯金属、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。随着各行业对金属材料的需求不断增长,一些复杂的金属材料应运而生。这些高端而复杂的金属材料通常具有比较优良的性能,而对这些金属材料的成分进行表征分析,可以深入了解材料的组成元素及其内部构造,可以为我们更好地去研发设计复杂的金属材料提供依据。由于各种分析方法众多,在表征金属材料的成分时选择有效的分析方法就显得格外重要,而这正需要我们对各种金属材料成分分析方法的特点了然如胸。下面从三方面对国内外常用和新发展的分析方法进行综述,并总结其发展趋势。

1 金属材料成分分析传统方法

自从金属材料开始应用在人类社会的生产实践中以来,人们就一

直在寻找各种途径与方法对这些金属材料进行深入的了解与认识。随着人类社会的进步,金属材料的分析方法也发生了巨大变化,在这其中有传统的分析方法也有最新发展起来的分析方法。传统的金属成分分析方法包括分光光度法、滴定法、原子发射光谱法和吸收光谱法、X 射线荧光光谱法、电化学分析法以及上述方法的一些联用分析技术及方法。下面对其一一进行介绍分析。

1.1 分光光度法

分光光度法是基于Lambert-Beer定律而对金属元素进行定量分析与表征的分析方法。在分光光度法中,会用到不同波长的光,并将其连续射入含有金属离子的溶液中,与此同时会得到不同波长所对应的吸收强度,如果以吸收强度(A)为纵坐标,波长(λ)为横坐标,我们就可以绘出该金属离子的吸收光谱曲线,通过这一曲线就可以对溶液中的金属离子进行定量分析,得到其浓度和含量。但是在利用该方法时,需要选择合适的显色剂。李在均等人[1]合成了用于测定铝合金中微量铜的对氯偶氮安替比林,这一显色剂的使用得到了比较好的分析效果。

1.2 滴定分析法

滴定法是一种传统的金属材料成分分析方法,指的是用一种具有标准浓度的试剂去测量含有金属离子溶液中的金属离子含量。当金属离子与标准试剂反应完全后,即达到滴定终点。滴定终点是标准试剂与待测金属离子恰好完全反应时的化学计量点。这种分析方法简便快

捷,现在仍有一定通用性。张会兵等人[2]介绍了一种用于测量海绵铁中金属铁元素含量的方法,他们用的是滴定方法中的一种:重铬酸钾-三氯化铁容量法,分析结果与理论值相符。

1.3 原子光谱分析法

1.3.1 原子发射光谱法

原子发射光谱法(AES: atomic emission spectrometry)指的是依据元素的原子或离子在一定条件下受到激发后而会向外发出具有一定特征的光谱线,并利用该光谱线对金属材料进行定量分析的一种方法。原子发射光谱法在光谱分析方法的各个分支中是属于比较传统的一直,这一方法可以用来分析金属材料中的硫碳等元素,效果较好。

1.3.2 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法(ABS: atomic absorption spectrometry)是根据处于气态的基态原子的外层电子对可见光和紫外光之间的谱线进行吸收,然后对此吸收强度进行分析以定量得出金属成分的一种分析方法,其中火焰原子吸收光谱法是目前比较常用的一种原子吸收光谱法。

1.4 X射线荧光光谱法

X射线荧光光谱法是一种利用金属元素外层高能电子在做减速运动时或金属原子内层电子在进行跃迁时所产生电磁辐射波,然后金属原子对此电磁辐射波进行吸收并发射出相应的特征谱线的分析方

法。由于X射线荧光光谱法的分析范围比较广,且可以对金属材料的成分进行快捷的分析而得到了广泛地使用。但该方法要求较高的样品均一性,并受到基体效应的影响,因而操作过程要求比较严格,通常需要进行一定程度地校正。

1.5 电化学分析法

电化学分析法是一种利用了金属材料的组成和含量与金属材料的电化学性质具有一定的关联性而发展起来的金属材料成分分析方法,这一方法的初衷是研究含有金属材料的化学电池中所发生的一些现象。但由于用电化学分析方法对金属材料的成分进行分析时的准确度较低,且操作起来不方便,受外界环境的影响较大,现已较少运用。

2 金属材料成分分析新方法

以上几种传统的分析方法由于精确度有待提高,前人在此基础上发展了如下的几种新方法。

2.1 电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法是最近发展起来的一种最灵敏的元素分析方法,现在主要用于痕量和微量元素的定量测定,比如对金属材料中的稀有金属、贵金属、难熔金属和稀土金属进行测量。

2.2 激光诱导等离子体光谱法

该方法是最近才发展起来的一种原子发射光谱法,其装置构造简单,便于操作,可以对金属材料中的多种元素进行同时测量,提高了测量效率,并可以满足在线测量分析的需要,这一方法可以用来测量不锈钢中的微量元素。

2.3 电感耦合等离子原子发射光谱法

电感耦合等离子原子发射光谱法也是一种新型的原子发射光谱法,是指利用金属元素受到激发而产生电子跃迁,此跃迁会在谱线上表现出一定强度而进行测量的方法,其测量范围较广且灵敏度高。

2.4 石墨炉原子吸收法

该方法是一种新型的原子吸收分析法,其分析速度快,操作简便。这一方法可以用来测量航空材料铜合金中的微量元素——铅,并且所得结果与常规方法测量结果基本一致。

3 金属材料分析方法的发展趋势

随着金属材料的复杂性越来越强,各种痕量元素的快速与简便测量变得愈加重要,而现有的一些传统方法由于操作复杂,灵敏度不高和受外部环境影响较大已渐渐少用。据此分析,金属材料的分析方法也

会朝着快捷、方便、高精度地方向发展。

4 结语

本文对金属材料成分分析方法进行了综述,包括传统与新型的分析方法,对比了两大类型方法的使用特点,并在分析的基础上结合相关的研究经验,总结出了金属材料分析方法的发展趋势。

参考文献

[1] 李在均,侯永根,潘教麦．对氯偶氮安替比林与铜显色反应的研究及应用[J].冶金分析．2004,24(3):8～11.

[2] 张会兵,杨宗祥,杜延福．三氯化铁-重铬酸钾容量法快速测定海绵铁中金属铁量[J].山东冶金．2006,28(3):40～41.