金属原位分析仪的研制

　　1 引 言

　　我国钢铁工业以年产亿吨钢为标志,进入了提高钢材生产水平的新阶段,解决的矛盾从解决钢材产量转向重点解决钢材质量。化学成分、偏析、表面缺陷、夹杂物的含量是钢铁生产质量控制最重要的四项内容。

　　材料中元素的分布不均匀，即成分偏析，是造成材料组织和性能不均匀的重要原因。目前还是采用传统的硫印试验来检验元素在钢中偏析或分布。硫印试验需经过试样抛光-清洗晾干-硫酸浸泡-印相-定影-评级，手续繁锁，分析速度慢，并且硫印试验是通过对照硫印纸上斑点色泽深浅来进行评级，结果为定性分析，无法定量化。疏松是钢锭最后结晶收缩的产物。目前常用酸浸试验来检验中心疏松。由于受浸蚀剂成分，浸蚀的温度、时间及浸蚀面的光洁度的影响，此方法只是个粗略的定性方法，且分析速度慢。夹杂物的数量和分布通常被认为是评定钢质量的一个重要指标，并被列为研制优质钢和高级优质钢的常规检验项目之一。非金属夹杂物的存在破坏了金属基体的连续性。它们在钢中的形态、数量、大小和分布都直接影响着钢的各种性能。目前的方法多采用金相法。金相法制备试样手续复杂。并且，金相法不能直接确定夹杂物的成分和种类的准确定量。

　　由此可知，钢铁及其它材料科学的发展，不仅要求了解材料的化学成分，更期望了解各种化学成分在材料中的分布状况(如偏析)及形态(如夹杂)等。而常规的化学分析手段，得到的是材料的宏观信息(通常指平均含量)，无法得到材料化学成分的分布以及夹杂等形态结构信息;而一些能谱与探针技术属于微区分析，通常只能得到材料的微区成分及形态特征，无法进行准确的成分定量分析，更无法得到材料中较大范围内成分分布及结构的定量信息。因此解决材料中较大范围内成分分布及结构的准确定量分析的难题，对所有材料研究和生产领域而言，这是一项具有十分重大意义的研究工作，将对材料的研究、设计以及性能控制发挥重要的指导作用。

　　2 金属原位分析仪原理

　　以单次火花放电理论及信号分辨提取技术为基础,发明了火花微束(探针)技术、无预燃连续激发同步扫描定位技术。并据此获得数以百万计与材料原位置相对应的各元素原始含量及状态信息,用统计解析的方法定量表征材料的偏析度、疏松度、夹杂物分布等指标。该项技术可以获得金属材料较大尺度范围内各成分的位置分布、状态分布及定量分布的准确信息。

　　3 金属原位分析仪的研制

　　3.1 金属原位分析仪系统组成

　　金属原位分析仪由连续激发同步扫描定位系统、激发光源系统、分光系统、单次火花放电信号高速采集系统、分析软件与控制系统组成(图 1)。