冶金儀器分析技術與應用

侯敬華

[摘要]冶金儀器分析技術的應用已經十分廣泛，而國家對冶金儀器分析的標準、技術等方面也都有很多標準。本文首先介紹幾種冶金儀器分析技術的標準，然后針對冶金儀器分析技術方法和應用方面加以探討。

[關鍵詞]冶金儀器，分析技術，技術應用

[中圖分類號]F407.3 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0143-01

一、前言

冶金儀器分析技術目前已經應用于多個領域。國家也對冶金分析技術的機構進行扶持，近幾年來冶金分析技術和應用已經得到顯著成果。冶金儀器分析技術有很多種，如顯微組織分析、表面分析等。并且在冶金儀器分析中要按照國家標準進行。

二、冶金儀器分析技術的標準探討

我國一直對冶金材料的相關分析方法的標準非常重視。截止到八十年代，我國就已經基本完成對鋼鐵、有色金屬、鐵礦石、鐵合金等冶金材料的分析標準的具體規定，而且在九十年代對此進行修訂。我國的化學分析方法具有國家特色，并且實用性和可靠性很高，與其他國家相比我國的化學分析方法和技術并不落后，而且在國際上也得到了很高的認可。針對鋼鐵、鐵合金和鐵礦石等金屬采取靈敏度高的分光光度的方法，在精確度和精密度方面的指標已經高于國際標準，這也證明了在幾十年里我國在有機試劑合成方面的成果非常顯著。

1 ISO分析方法標準

國家標準化相關部門經常召開會議對分析方法標準和技術進行探討。針對冶金儀器的分析標準ISO接連發布70多項方法標準。并且ISO組織針對電感耦合離子體制進行研究，于2009年發布針對鋼鐵中鉛、銻、錫等元素的分析方法標準，此方法靈敏度很高。在有色金屬的分析方法標準，ISO并沒有充分重視，也沒有積極召開會議，因此其技術標準停留在上個世紀七八十年代左右。不過最近ISO對此領域逐漸重視起來，2005年到2008年間發布并修訂了很多化學分析方法和標準。在鐵合金方面也是在上世紀七八十年代制定初步標準，之后就沒有進行修訂。

而近幾年來逐漸注重冶金儀器分析方法，ISO組織于1992年的第十四次會議上制定常規方法。常規方法就是指日常中儀器分析方法根據對應的溯源性進行確定，使原有的方法更加精確實用。使用紅外線吸收的方法對硫和碳等進行測定，ISO還針對一些常規方法進行標準物質的校準，這些常規方法也被國家標準和JIS、ASTM使用。

2 JIS分析方法標準

JIS分析方法標準比較側重于冶金材料分析，在鐵合金、鐵礦石等分析方法標準比ISO標準要多出很多，并且很多分析方法是九十年代就已經指定并且改善的，2007年到2012年間又多次進行修訂。JIS分析方法標準除了化學方法，還有很多AAS、ICP等紅外吸收的方法標準。如1975年就指定了鋼鐵材料的AAS分析方法標準，然后在2000年進行修訂；1989年指定了鋼鐵磷、錳等十幾種元素的ICP AES分析方法標準，并且在1997年進行修訂，在2007年二次修訂。目前流行的JIS B1258標準是對十三中元素的分析標準，此標準具有很高的精確度。

3 ASTM分析方法標準

ASTM分析方法對儀器分析方法比較重視。最近幾年已經針對很多方法標準進行修訂，也制定了很多新的方法標準，但是其中化學分析方法的標準還是停留在原來的標準。ASTM分析方法標準中包括對重量法、分光光度法和滴定法等化學方法的分析，也有直流離子體方法，而目前使用較為廣泛的是ICP方法。ASTM針對原子發射光、XRF分析方法都制定了多種標準，包括不銹鋼、鑄鐵、碳鋼的分析標準，利用XRF對鍍層的表面積質量和厚度進行分析。而對于鋁合金、鋅合金等方面，ASTM不僅有經典的化學方法標準，也制定了很多光學、電熱原子光譜分析方法的標準。ASTM分析標準中，XRF和原子發射光譜的方式應用比較廣泛，而ICP AES的分析方法標準則比較少。并且ASTM的多數儀器分析方法標準都是最近幾年制定和完善的，而化學分析方法標準則是很多年以前制定的，其中化學儀器和方法已經比較落后。

三、冶金儀器分析技術方法

1 成分定量分析技術方法

國家研究冶金儀器分析技術方法的研究人員高達300多人，項目也逐漸增多。分析檢測中心對成分定量分析也有了一定的研究，對檢測結果有了進一步提高，并且能夠針對不同產品的需求進行成分定量分析，更有力的支持項目和產品的開發。在成分定量分析方面，研究人員研發固體樣品分析方法，利用對光源功率的激發、加強信號強度等方面的強化，在火花原子發射的開發上使用了實際中金屬材料進行分析，對多種元素進行檢測，并且誒檢測時間能夠保證在五分鐘內。這種方法能夠避免原來重復性的化學實驗之前的處理，不僅能夠提高效率，還能減少化學試劑浪費。實驗室中使用微波消解技術對鋼結構中鋁和硼的檢測，能夠將分析時間縮短一倍。在對錳鐵、鉻鐵、鈮鐵合金分析時，采用離心澆鑄技術，該技術采用惰性氣體進行保護，用鐵作為溶劑，采用原子發射光譜進行分析，能夠大大降低分析的時間。

2 顯微組織分析技術方法

技術的發展已經將原有的技術方法淘汰掉，各種新型的分析方法也應運而生。目前分析方法多采取電子能量分析方法、電子花樣分析法或者納米技術方法等。電子花樣分析方法已經在國際上建立標準，并且成為行業內的領先技術。

各種先進的分析技術方法能夠更好的將儀器的組成、成分、狀態、缺陷等方面顯現出來，研究人員就可以針對這些信息不斷進行改善。目前最常用的是原子、電子和納米方向的技術。如原子像結構技術能夠高分辨率對材料進行觀測，其能夠研究的可以達到非晶或者準晶的狀態，甚至達到原子、單個空位的水平。還有一種技術方法是電子能量損失譜，雖然很多方法能夠達到高分辨率的水平，但是卻缺乏結構和化學成分信息，所以電子能力損失譜就應運而生了，TEM探針能夠提供非常高的分辨率和結構信息。而納米分析方法能夠對類別和質量分數提供精確參數，掃描電鏡、高分辨透射電鏡等方法都能夠做到小尺寸析出，并且能夠得到精確信息，還能對過程進行觀察和分析。

3 表面分析技術方法

由于環境保護和資源節約等方面的需求，要對冶金儀器的表面進行處理，如涂層、鍍層要保證很薄，對環境沒有破壞等。目前流行很多種新型表面分析技術，如閃鍍、真空鍍膜、氧化處理等技術，這些都能夠在冶金儀器的表面鍍上幾納米到幾百納米厚度的鍍層，能夠一定程度上保護儀器不被腐蝕。這些新型表面處理技術都能夠降低成本，節約資源，并且對環境的污染很小。冶金儀器表面的防腐能力主要是由表面狀態來決定的，為了更好的提高表面處理技術的水平，提高冶金儀器表面的質量，就需要對表面和鍍層的情況進行分析，對表面的耐腐蝕性和缺陷進行研究和改善。

四、冶金儀器分析應用方面的研討

對冶金儀器分析的應用方面主要是針對力學性能和技術開發方面的考慮。力學性能是對沖擊、拉伸和硬度方面進行測試，可以在不同領域、級別和尺寸的冶金儀器進行對比，這樣利于對冶金儀器力學性能的認識，并且對缺陷進行完善。而力學技術開發是對冶金儀器的研發、生產、推廣的提高。相關研究人員要對技術難題進行攻關，多個部門協作對新方式進行探索，逐漸探索新的分析技術和科學發展方式。

五、結束語

綜上所述，冶金儀器的分析技術和應用方面都存在著一定問題和不足，而國家相關研究部門的技術人員也在進一步的研發和改善過程中，相信在不久的以后，我國的冶金儀器分析技術會在國際上處于領先水平。

參考文獻

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[2]黃志勇，楊妙峰，莊峙廈，等，利用鉛同位素比值判斷丹參不同產地來源[J]，分析化學，2003，31（9）：1036-1039