鎳基合金的X熒光光譜分析研究

趙國(guó)棟

摘? 要：鎳基合金廣泛應(yīng)用于航天航空、武器裝備、核電裝備等高端制造領(lǐng)域，X熒光光譜分析鎳基合金具有分析快速、精度較高的特點(diǎn)。文章對(duì)X熒光光譜分析鎳基合金過程的分析參數(shù)與曲線校正進(jìn)行研究，探索優(yōu)化各項(xiàng)方法參數(shù)和曲線校正模型，不斷提高分析精度、提升檢測(cè)效率、降低檢測(cè)成本，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：鎳基合金;X熒光光譜;分析參數(shù);曲線校正

中圖分類號(hào)：O434.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）11-0099-02

Abstract： Nickel-based alloys are widely used in high-end manufacturing fields such as aerospace， weapons and nuclear power equipment. X-ray fluorescence spectrometry（XRF） analysis of nickel-based alloys has the characteristics of rapid analysis and high accuracy. In this paper， the analytical parameters and curve correction of nickel-based alloy process by X-ray fluorescence spectrometry are studied， and the optimization of various method parameters and curve correction models is explored， so as to continuously improve the analysis accuracy， improve the detection efficiency and reduce the detection cost. It has practical significance for field detection application.

Keywords： nickel-based alloy; X-ray fluorescence spectrometry（XRF）; analytical parameters; curve correction

1 概述

鎳基合金材料是當(dāng)今高技術(shù)發(fā)展不可缺少的關(guān)鍵材料，廣泛應(yīng)用于航天航空、武器裝備、核電、石油裝備等高端制造領(lǐng)域。本文通過對(duì)X熒光光譜分析鎳基合金過程中的方法參數(shù)與曲線校正進(jìn)行研究，從而建立能夠快速有效分析鎳基合金中Mn、Cr、Ni、Si、Cu、W、V、Ti、Co、Mo、Nb、Al、Fe、P等主要元素的X射線熒光光譜分析方法。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.3 試驗(yàn)方法與原理

樣品在X射線照射下產(chǎn)生包含各組成元素特征譜線的熒光射線（二次X射線），經(jīng)分光晶體衍射后檢出各待測(cè)元素的特征譜線，根據(jù)X射線探測(cè)器測(cè)量各元素特征譜線強(qiáng)度，結(jié)合預(yù)先用標(biāo)準(zhǔn)樣品建立的校準(zhǔn)曲線，通過儀器計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成元素含量。

3 結(jié)果與討論

3.1 特征譜線選擇

根據(jù)X射線激發(fā)基本原理可知，Kα和Lα譜線作為XRF分析過程中的優(yōu)選分析線，具有強(qiáng)度大、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)。莫斯萊（Moseley）定律指出：元素的X射線熒光的波長(zhǎng)隨元素的原子序數(shù)（Z）增加而有規(guī)律地向短波方向移動(dòng)。故本文在鎳基合金中主要元素分析過程中，重元素W選用Lα譜線作為分析譜線;Mn、Cr、Ni、Si、Cu、V、Ti、Co、Mo、Nb、Al、Fe、P采用Kα譜線作為分析譜線。

3.2 晶體與衍射角度的確定

3.2.1 晶體選擇

由布拉格定律可知，所選晶體的2d值需大于等于待測(cè)元素特征波長(zhǎng)才可發(fā)生衍射，從而根據(jù)不同晶體參數(shù)特點(diǎn)并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們采用PE002晶體分析Al和Si;P采用Ge111晶體;Mo和Nb采用LiF220晶體，其他主要元素采用LiF200晶體。

3.2.2 衍射角度

通過對(duì)各元素進(jìn)行衍射角度（2θ）與峰高強(qiáng)度掃描實(shí)驗(yàn)，尋找具有最優(yōu)峰背比的衍射角度。通過實(shí)驗(yàn)我們確定了各元素的最佳衍射角度，Mo 28.9098°;Nb 30.4126°;W 43.0122°;Cu 45.0192°;Ni 48.6630°;Co 52.7976°;Fe 57.5176°;Mn 62.9702°;Cr 69.3614°;V 76.9456°;Ti 86.1544°;Si 109.1378°;P 141.1086°;Al 144.9714°。

3.3 X射線管工作條件

X射線管工作電壓主要是用來激發(fā)元素特征譜線，工作電流影響X射線管電子發(fā)射量，對(duì)譜線的測(cè)得強(qiáng)度產(chǎn)生影響。我們通過在不同的電壓和電流下進(jìn)行激發(fā)實(shí)驗(yàn)，以確定最佳工作條件。實(shí)驗(yàn)條件如下：分別在20kV、150mA;30kV、100mA;40kV、75mA;50kV、60mA;60kV、50mA條件下進(jìn)行試樣激發(fā)分析，測(cè)量時(shí)間3min，比較不同工作條件下各元素的峰強(qiáng)度和峰背比變化情況。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，X射線管工作條件設(shè)定為60kV、50mA時(shí)，Mo、Nb、W、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr元素具有較大的峰強(qiáng)度和較好的峰背比;設(shè)定為50kV、60mA時(shí)，Ti元素具有較大的峰強(qiáng)度和較好的峰背比;設(shè)定為30kV、100mA時(shí)，P、Si、Al元素既有較大的峰強(qiáng)度和較好的峰背比;同時(shí)都具有較高的檢測(cè)分辨率。由此確定各元素激發(fā)條件。

3.4 曲線校正

3.4.1 譜線疊加校正

我們根據(jù)理論干擾譜線分布情況并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，確定譜線干擾元素并計(jì)算重疊校正因子，結(jié)果見表1。

由繪制工作曲線的已知含量標(biāo)準(zhǔn)樣品結(jié)合基本參數(shù)法歸一計(jì)算理論？琢系數(shù)，并結(jié)合二次項(xiàng)校正，確定校正曲線的截距Di和斜率Ei。同時(shí)可根據(jù)校正曲線的離散度RMS和品質(zhì)因子K來反映校正曲線回歸精度。校正曲線的各參數(shù)詳見表2。

3.5 實(shí)際樣品分析

4 結(jié)論

本文通過對(duì)X熒光光譜分析鎳基合金過程中的分析參數(shù)與曲線校正進(jìn)行研究，建立分析快速、準(zhǔn)確度高的分析方法，能較好地滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐強(qiáng)，張幸紅，韓杰才，等.先進(jìn)高溫材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展[J].固體火箭技術(shù)，2002（03）.

[2]朱明華.儀器分析（第二版）[M].北京：高等教育出版社，1992.

[3]吉昂，陶光儀，卓尚軍，等.X射線熒光光譜法[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[4]ASTM E2465-2013 Standard Test Method for Analysis of Ni-Base Alloys by Wavelength Dispersive X-Ray Fluorescence Spectrometry.

[5]呂善勝，徐金龍，曲強(qiáng).理論α系數(shù)和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法相結(jié)合校正-X射線熒光光譜法測(cè)定鐵礦石中14種組分[J].冶金分析，2016（04）.