鉄系材料の成分検査における直読分光計の使用
日付：2022-06-17読み：4
1、概説：原子放出スペクトル法は励起状態にある測定対象原子が基底状態に戻ったときに放出される特徴スペクトル線に基づいて測定元素を分析する方法である。この分析方法には、まず光源からエネルギーを供給してサンプルを蒸発させ、ガス原子を形成し、さらにガス原子を励起して光放射を生成する3つの主要な過程が含まれている。測定対象元素の原子エネルギー準位構造が異なるため、発光スペクトル線の波長が異なるため、サンプルを定性的に定量的に分析することができる。各種材料の定性定量分析において、原子発光スペクトル法は重要な役割を果たし、特に新型光源の開発と電子技術の継続的な更新と応用は、原子発光スペクトル分析を新たな発展を獲得し、計器分析において重要な方法の一つとなった。
2、原理：調製した塊状サンプルを電極とし、光源発生器を用いてサンプルと電極の質問を励起させて発光させ、そしてこのビームを分光室に導入し、分散原本を通じてスペクトルを分解した後、選択した内標準線と分析線強度を測定し、標準サンプルから作製した標準曲線に基づいて、サンプル中の測定すべき元素の含有量を求める。
3、試験条件：
アルゴンガスの純度は99.999%、
アルゴンガス流量：洗浄6 ~ 15 L/min、積分2.5 ~ 7 L/min、静止0.5 ~ 1 L/min。
対極：直径4 mm。
給電要求接地抵抗は4 Q未満、ホストは220 V 16 A 50 Hz、コンピュータは220 V 16 A 50 Hz、
環境条件：温度範囲15℃〜30℃、相対湿度20%〜80%。
4、サンプルの製造：直読分光計の分析技術は分析サンプルが均一で、縮みと割れがないことを保証することを要求し、鋳型サンプルの製造は鋼水を規定の金型に注入し、アルミニウム脱酸素剤を使用する場合、脱酸素剤の含有量は0.35%を超えてはならず、鋼材サンプリングは代表性のある部位を選択しなければならない。通常、分析サンプルの直径は16 mmより大きく、厚さは2 mmより大きく、サンプルの表面が平らで、清潔であることを保証することが要求されている。以下の2点を把握することはスペクトル抽出検査の精度に非常に有益であり、1つは、サンプルを旋盤とフライス盤で滑らかな平面に加工し、無水エタノールで拭き取ることである。
5、分析誤差を減らす方法の探索：いずれにしても直読分光計の検出に対して、分析誤差が存在する。以下のいくつかの方面で適切なパラメータを選択して、誤差を限度に減らすことができます。
（1）干渉補正：干渉補正は主に2つの方面を含む：＊1、基本元素（Fe）を内標準として、分析元素と内標準の間の相対強度が元素含有量に対する標準作業曲線を創立して、含有量基体が微量元素測定に対する影響を除去する。第二に、固定された元素チャネルが選択元素の測定波長に与える不便及び含有元素の干渉に対して、計器のソフトウェアを利用して自動的な干渉補正を行う。
（2）標準作業曲線：選定した分析条件下で、標準サンプル中の元素のスペクトル線強度を測定し、基体（Fe）を内標準とし、相対強度と元素含有量の標準作業曲線を描き、火花台内部を整理し、光路を整理し、基体を変更し、アルゴンボンベを交換し、またはアルゴンガス流を調整した後、いずれも2点法を用いて曲線標準化補正を行うべきである。
（3）アルゴンガスの純度と洗浄時間が測定結果に与える影響：アルゴンガスの不純はサンプルの励起が正常ではなく、つまり拡散放電があり、サンプル表面の色を白くし、その励起スペクトル線強度が低下し、特に硫黄元素のスペクトル線波長が短く、水蒸気と空気中の酸素に吸収されやすい。スペクトル線強度がより低くなり、分析結果が大幅に低下しました。一般的にアルゴンガスの純度は99.99%以上であることが要求されている。
アルゴン洗浄時間は主に励起室容積の大きさ、アルゴン流量及び純度、サンプル表面の酸素と水分に対する平均吸収量などの要素によって決定される。アルゴン洗浄時間は適切に延長され、元素測定結果の精度と精度を改善するのに有利であり、一般的に3 s以上であることが実証された。
（4）試料の組織構造が測定結果に与える影響：計器が持つ校正曲線は標準試料を用いて作製する。標準試料と試料の製錬技術と製造過程が異なるため、標準試料は鍛造、圧延状態が多く、試料は鋳造状態が多く、加工過程が異なり、組織構造も異なり、その融点と熱伝導性に影響し、光源によって清濁される程度を変え、それによって影響分析結果を影響する。我々は中低合金鋼の標準サンプル（GSBH 40068〜93）を用いて曲線の線形性と正確性を検証し、その中で硫黄元素の線形性と正確性は大きくずれている。組織構造の違いによる影響を除去するために、スペクトル分析では次のような措置を取っています。
①原校正曲線に基づいて、異なる単位のサンプルに基づいて、現場校正曲線を作成する。
②自製制御サンプルでタイプ標準化を行い、自製制御サンプルタイプ標準化後の曲線でサンプル分析を行う。
一般的に、サンプルの表面は清潔で、紋様がはっきりしていて、気孔、砂目がないことが要求されている。気孔、砂目があり、励起効果に影響を与え、結果を偏らせる。紋様がはっきりしないことは測定結果にも影響があり、同じサンプルは磨耗し、紋様がはっきりしない、分析結果は赤外炭素硫黄計と対照し、結果の偏差が大きく、再磨耗紋様がはっきりしてから分析すると、結果は赤外炭素硫黄計の測定値に近い。
（6）試料温度が測定結果に与える影響：＊実践により、スペクトル分析試料の温度と測定結果も直接的な関係があることが証明されたので、前のサンプリング分析で詳細に述べたが、特に試料温度が硫黄元素測定結果に一定の影響を与え、温度が高いほど影響が大きい。したがって、試料調製または試料励起中に、試料温度が過度であれば、試料を室温近くまで冷却してから測定しなければならない。鋼は冷却中、外から内へ徐々に冷却され、中心温度がエッジ温度であるため、硫黄元素の中心への濃縮にばらつきが生じ、測定結果のばらつきが大きいことを招きやすい。サンプルを採取する時は徐冷し、急冷を避け、分析する時は少なくとも3つの点を励起し、しかも励起点の分布は均一でなければならない。
6、存在する問題
（1）測定時にサンプルに対する使用量は少ないが、サンプルの表面に少量のサンプルを励起するだけでスペクトル全分析を完了することができるが、サンプリング量が少なく、サンプルが不均一であるため分析結果の誤差が増大し、上述したように硫黄元素の検出は、偏析しやすい元素である。
（2）サンプル分析時に材料の表面を研磨研磨処理しなければならない。摩耗量は微小であるが、肉厚の薄い材料の中には、サンプル検査厚さの負の偏差を超える可能性がある。
（3）理論的にはいかなる形状の鉄基材に対しても検出することができるが、火花台面の設計と製造の原因で、小サンプル火花台と小サンプル治具を装備しているにもかかわらず、一部の小サンプルは依然として検出できず、一部の小棒材と管材の検出データの精度が不足している。
（4）機器の大気圧及び温度変化への適応能力にはまだ一定の差があり、サンプル検査過程における大気圧及び温度の微細な変化は検査結果に一定の影響を与える。
（5）スペクトル分析は相対的な分析方法であり、標準サンプルの照合セットが必要であり、標準サンプルの製造が容易ではないため、分析は一定の制限を受け、特に輸入サンプルを検査し、対応する標準サンプルがないため正確な測定ができない。