鋁青銅合金樣品的X射線熒光光譜分析

侯麗華 劉海東

(中航工業沈陽飛機工業集團有限公司，沈陽 110850)

X射線熒光光譜分析的基礎是莫賽萊定律，即特征譜線波長倒數的平方根和原子序數成正比。根據物質所輻射的特征譜線的波長λ，可以知道原子序數為Z的元素存在，即可對物質進行定性；根據元素特征譜線強度大小可進一步對物質中存在元素的含量進行定量分析。

筆者討論了電流、電壓對元素熒光強度的影響，采用符合國家標準的光譜標準物質建立工作曲線，用基本參數法對基體效應進行校正。校正后X射線熒光光譜分析鋁青銅合金中8種元素，分析結果準確、可靠，可應用于日常批量樣品的快速分析。

1 實驗部分

1.1 儀器工作參數及測量條件

日本島津公司XRF-1800型X射線熒光光譜儀，最大輸出功率：4 kW，銠靶X光管，光閘直徑：10 mm，單元素分析時間：10 s，溫度：(35±0.5)℃，真空氣氛：不大于15 Pa，氬甲烷氣流：113.0 kPa，內循環水電導：0.07 μS。各元素測量條件見表1。

表1 各元素測量條件

1.2 標準樣品和樣品制備

標準樣品采用沈陽有色金屬加工廠研制的編號為GBW02121～GBW02126的6塊鋁青銅系列銅合金標準物質作為光譜標準，各元素含量范圍見表2。

表2 標準樣品各元素含量范圍

金屬樣品表面用60號氧化鋯砂帶打磨后用無水乙醇擦洗打磨面。

2 結果與討論

2.1 電流電壓對熒光強度的影響

根據量子理論，一次碰撞就被靶制止的電子將輻射出具有最大能量的X射線光子，其波長最短，連續X射線激發合金中某合金元素線系所需的最低能量為激發電勢V0，按式(1)計算：

(1)

式中：V0——激發電勢，kV；

h——普朗克常數,J·s；

c——真空中光速，3.0×108m/s；

λabs——吸收限波長，也被稱為短波限，nm；

e——基本電荷，C。

根據各合金元素的K系吸收限波長計算激發電勢，結果見表3。

表3 合金元素激發電勢

X射線熒光強度I和X射線管電壓V(kV)、管電流i(mA)的關系為：I=(V-V0)ni，n為和X射線管有關的常數，當V是V0的2～3倍時，n為2左右，V大于V0的3倍時，n接近1。對于額定功率W的射線管，所允許設定的電壓V和電流i必須滿足以下條件，即Vi≤W[1]。

根據合金元素激發電勢，做電壓調整，設定電流為60 mA，采集X射線熒光強度，結果見表4。

表4 電壓對元素X射線熒光強度的影響

設定電壓為40 kV，根據額定功率調整電流，采集X射線強度，結果見表5。

表5 電流對元素X射線熒光強度的影響

從表4、表5試驗結果可以看出：各元素X射線熒光強度均隨著電壓或電流的提高而增強。對于原子序數較低的Al和Si元素，高電流的激發效率較高；對于原子序數較高的Sn元素，高電壓激發效率較高。

根據被分析的元素，電壓選用高于各元素中最高激發電勢，電流和電壓的乘積小于X射線管的最大功率。保證測量過程中管電壓和管電流不產生波動，增加方法穩定性，保持X射線管穩定功率工作，延長X射線管的使用壽命。因此各合金元素統一采用電壓為40 kV，電流為95 mA。

2.2 基體效應校正

通過比較基體元素與分析元素的質量吸收系數(cm2/g)和特征譜線吸收限波長確定基體吸收與增強效應的關系,各元素受到的基體效應見表6。

表6 銅合金中各合金元素受到的基體效應

注：Cu吸收限波長為0.138 0 nm。

基體效應采用基本參數法進行校正，基本參數法所用校準曲線方程為：

EI=fTI+G

(2)

式中：EI——估算的純元素強度(Kcps)；

TI——計算的理論強度(Kcps)；

f、G——靈敏度系數。

建立工作曲線采用套標多點基本參數法來提高準確性。

2.3 譜線干擾

元素譜線干擾主要由波長相差很小的譜線重疊造成，譜線重疊分為同一線系的一級線重疊和不同線系的一級線重疊。查待分析元素的波長-晶體-2θ角表，銅合金中各元素可能受到的干擾見表7。在鋁青銅合金中SiKα受SnLα的干擾，Sn含量較高時要注意背景變化

表7 銅合金中各元素可能受到的干擾譜線

2.4 精密度試驗

采用基本參數法進行分析，將待測的樣品重復測量10次，對10次測量結果進行統計，結果見表8。由表8可見，實驗方法具有良好的精密度。

表8 方法的精密度(n=10) %

2.5 準確度試驗

采用基本參數法校正的曲線分析洛陽銅加工廠生產的編號BYG19-2的鋁青銅合金130#～134#標準樣品，分析結果見表9。由表9可知，本方法與經化學法測定的標準值結果相吻合。

表9 標準樣品分析結果對比 %

3 結語

采用基本參數法校正基體效應，X射線熒光光譜分析Al-Mn-Fe系列銅合金，方法簡便快速，精密度、準確度高，滿足日常分析檢測的要求，適合大批量銅合金的快速檢驗。

[1] 梁玨. X射線熒光光譜分析基礎[M].北京：科學技術出版社.2007:13-24.