铝合金中主次元素含量检测方案(波散型XRF)

SSL-CA22-196Excellence in Science Excellence in ScienceXRF-035 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD. -Analytical Applications CenterEmail： sshzyan@shimadzu.com.cn Tel：86(21)34193996http：//www.shimadzu.com.cn X射线荧光光谱法测定铝合金中主次元素 XRF-035 摘要：铝及铝合金的性质概括起来主要有以下几个方面： 比重小、导电性好、导热性好、强度高、可塑性好、抗腐蚀性强。变形铝及铝合金牌号众多，共计约130个牌号；铸造铝及铝合金约30个牌号。按照YST860-2020《铝及铝合金中化学元素的分析方法X射线荧光光谱法》的要求，我们展开实验。经过实验得出，X射线荧光光谱法可以很好的测试和覆盖Al、Cu、SiMg、Mn、Fe、Zn、Cr、Ni、Ti、Pb、Sn、Ga、Zr等元素的分析，测试精度良好，准确度可以达到标准的要求。 关键词：铝合金成分分析 波长色散X射线荧光光谱 铝是一种非常重要的有色金属，是应用最广泛的金属之一，其产量仅次于钢铁。铝的发现至今虽只有二百多年的历史，但由于它具有资源丰富，生产成本低，用途广泛等特点，因此，铝工业得到了迅猛的发展，随着科学技术的发展及人民生产水平的提高，对铝的需求也越来越广。 铝及铝合金的性质概括起来主要有以下几个方面1：：比重小、导电性好、导热性好、强度高、可塑性好、抗腐蚀性强等。 铝合金分为加工铝及铝合金和铸造铝及铝合金；加工铝及铝合金也叫变形铝及铝合金，共计约130个牌号；铸造铝及铝合金约30个牌号。按照 YST860-202C《铝及铝合金中化学元素的分析方法X射线荧光光谱法》的要求，我们展开实验。实验元素覆盖了 Al、Cu、Si、Mg、Mn、Fe、Zn、Cr、Ni、Ti、Pb、Sn、Ga、Zr 等元素，经过实验得出，X射线荧光光谱法可以很好的测试和覆盖多数铝合金中的主次元素，测试精度良好，准确度可以达到标准的要求。 实验部分 1.1仪器设备 X射线荧光光谱仪： XRF-1800 车床： CJM320B型 XRF-1800X射线荧光光谱仪 CJM320B 型普通车床 1.2标准样品的选择 由于市售铝及铝合金标样众多，没有办法全部采用，我们选择了其中一部分有代表性的标样，标样覆盖元素的含量范围见表1。 表1 标样含量覆盖范围( 元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Pb Sn Ga 标准中最大值 8.60 1.20 0.30 0.30 0.60 0.20 0.20 0.40 0.20 0.20 0.20 0.065 标准中最小值 0.010 0.010 0.002 0.0010 0.0030 0.0010 0.0010 0.0020 0.0025 0.0050 0.0060 0.002 标样最大值 14.57 1.92 7.44 2.19 6.33 0.31 1.33 5.26 0.23 0.17 0.33 0.02 标样最小值 0.010 0.010 0.002 0.001 0.003 0.001 0.001 0.002 0.003 0.005 0.003 0.002 注： Si、Cu、Mn、Mg、Zn等主要合金元素都按照产品标准进行了扩展，远远大于 YST806-2020 标准的覆盖范围。标准中最大值最小值指 YST806-2020 中设定的范围。 结果讨论 2.1全谱扫描 为了更直观的了解常见铝合金中各元素的峰位和干扰情况，特选有代表性样品进行全谱扫描。扫描谱图如下： 从扫描结果可以看出，铝合金中常见元素： Al、Si、Cu、Mn、Fe、Mg、Zn、Cr、Ti、Co、Ni、Ga、Pb、Sn 等都有较好的强度灵敏度和分辨率，适合工作曲线法进行分析。 对于 La、Ce、Pr、Nd、Sm 等几个稀土元素，从图中可以看到，均有较好的分辨程度，对标准中要求的含量也能获得满意的分析效果。 2.2分析条件 岛津 XRF-1800 型X射线荧光光谱仪，端窗Rh靶X射线管，最大功率4KW， 元素测定条件见表 2。 表2 元素测定条件 元素 谱线 电压 kV 电流mA 衰减器 分析晶体 检测器 脉冲高度范围 分析角度(20) 分析时间(秒) Pb Zr La 40 70 Off LiF SC 24 82 22.550 10 Sr Ka 40 70 Off LiF SC 20 80 25.100 10 Ga Ka 40 70 Off LiF SC 20 80 38.920 10 Cu Ka 40 30 Off LiF SC 20 80 45.030 10 Zn Ka 40 70 Off LiF SC 20 80 41.800 10 Ni Ka 40 70 Off LiF SC 20 80 48.670 10 Fe Ka 40 70 Off LiF SC 20 80 57.500 10 XRF-035 Mn Ka 40 70 Off LiF SC 20 80 62.970 10 Cr Ka 40 70 Off LiF SC 20 80 69.360 10 Ti Ka 40 70 Off LiF SC 20 80 86.150 10 Pb Lb 40 70 Off LiF SC 20 80 28.200 15 Sn La 40 70 Off LiF FPC 20 68 126.760 15 Mg Ka 40 70 Off TAP FPC 20 80 45.170 15 Si Ka 40 70 Off PET FPC 20 80 108.880 15 Al Ka 40 70 On PET FPC 20 80 144.600 10 2.3灵敏度曲线(例) Sensitivity Coefficients Sensitivity Coetficients X-Y Theo.Met(TInet)-Meas. Intensity x-YTheo.Bet(TInet) - Meas. Intensity Sensitivity Coefficient Zoon Zoon Displsy Iten... 0.0 0.5 1.0 5 2025 3.0 3.5 Data.. 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Data Theo. Net. 2.4精度、准确度实验 我们选择没有参与制作曲线的有证标样G10H4 C、G02D6K 进行精度和准确度实验，按照YST860-2020的重复性要求，对上述两个样品的重复性限进行了计算，并用8次单独分析的极差进行判断，结果全部 OK。表3、表4为该方法动态测试8次平均值与证书给定值的比较以及重复性判断。 表3精度和准确性验证(1)： G10H4C 单位：% G10H4 Cu Zn Ni Fe Mn Cr Ti Pb Sn Mg Si 平均值 0.1664 0.1237 0.1157 0.2019 0.2352 0.0826 0.1731 0.0778 0.0726 10.4837 0.2599 极差 0.0035 0.0036 0.0035 0.0058 0.0039 0.0026 0.0050 0.0011 0.0057 0.2265 0.0048 证书值 0.163 0.117 0.117 0.193 0.228 0.083 0.155 0.080 0.075 10.24 0.244 重复性限r 0.0095 0.008 0.0069 0.0063 0.012 0.0045 0.009 0.0039 0.0059 0.353 0.0061 判定 OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK 表4精度和准确性验证(2)：G02D6K 单位：% G02D6 Cu Zn Ni Fe Mn Cr Ti Pb Sn Mg Si 平均值 0.569 0.623 0.054 0.527 0.313 0.368 0.061 0.065 0.037 0.377 11.137 极差 0.0149 0.0163 0.0021 0.011 0.0079 0.0123 0.0030 0.0013 0.00283 0.0130 0.105 证书值 0.510 0.597 0.051 0.528 0.300 0.366 0.060 0.059 0.036 0.376 11.550 重复性限r 0.015 0.032 0.004 0.011 0.016 0.018 0.0048 0.0029 0.0029 0.0137 0.114 判定 OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK 结论 综合以上实验可知，岛津波长色散X射线荧光光谱仪器XRF-1800 可以满足 YST860-2020中相关元素的分析(稀土元素由于标样的原因没有得到验证，但是从谱图情况和元素含量看， XRF 能满足分析要求)，分析结果不仅可以覆盖标准中相关元素的含量范围，还可以兼顾 GBT3190变形铝及铝合金、GBT1173铸造铝合金中合金元素的上限要求，是一种简便易行的分析方法。 岛津应用云 岛津波长色散X射线荧光光谱仪器XRF-1800可以满足YST860-2020中相关元素的分析（稀土元素由于标样的原因没有得到验证，但是从谱图情况和元素含量看，XRF能满足分析要求），分析结果不仅可以覆盖标准中相关元素的含量范围，还可以兼顾GBT3190变形铝及铝合金、GBT1173铸造铝合金中合金元素的上限要求，是一种简便易行的分析方法。