X射线荧光光谱分析铁合金的试样制备方法

X射线荧光光谱分析铁合金的试样制备方法
德国利恒公司上海代表处 邮编 200070

炼钢工艺过程中在熔融状态下需要添加多种元素生成合金。最常见的合金有铬铁、锰铁、硅铁、钒铁、钼铁、钨铁、镍铁、磷铁、钛铁、硼铁等铁合金。精确测定铁合金中的化学成分有两个目的，一是研究特殊组分的成本问题，二是研究炼钢工艺中特定成分的比例允许偏差，及其对合金性质的影响。由于铁合金的物理状态不适合于直接分析，必须预先进行处理。这一步骤称为样品制备，是所有分析方法中最关键的一个步骤。通常，样品制备有三种方法，第一是将合金与纯铁粉混合后置于感应炉中重熔，第二研磨破碎得到一定尺寸的颗粒粉末压片，第三预氧化熔融制成玻璃状氧化物。标样与试样的制备方法相同，可选择不同稀释比和成分的铁合金样品进行制备。

1 样品制备方法
1.1 感应重熔法
使用本方法的代表为德国利恒公司生产的Lifumat系列制样设备。基本步骤是先将铁合金与纯铁粉放在耐高温的陶瓷或石墨坩埚中预混合，在真空或保护气氛下感应加热熔化后通过离心浇铸到模具中制样。浇铸模具的材料为铜或石墨。制备出的样品成蘑菇状，在砂带上打磨后就可以直接进行光谱分析。 铁合金重熔制样参数包括合金熔点、重熔时间、浇铸温度、最佳混合比和合金元素组分最高允许比例等。
在这一体系中最重要的参数是最佳混合比列的确定，以及重熔和浇铸温度的选择。 该方法制样的优点在于可以消除金属基体间的相互干扰，加热时间短，重复性好，操作精确，可以得到高均匀度的样品，在切削和抛光加工时不会出现裂纹或断裂。 目前，仅在德国已有超过3000台的利恒公司感应制样设备投入运行。

1.2 粉末压片
合金材料经研磨成一定细度的颗粒粉末后，使用压片机直接制样。此方法制备样品具有速度快，操作简单，不需要稀释剂的特点。在粉碎制备样品过程中，研磨时间和颗粒尺寸是必须注意的参数。该方法仅适用于精度要求不高的情况。

1.3 熔融玻璃样品
这种制样是在马弗炉或高频感应炉中进行的。在氧化条件下，样品和氧化剂在铂金坩埚内加热混合，铂金坩埚内须衬覆盖物。当材料氧化反应开始之前， 应避免样品和坩埚接触还原。氧化反应之后， 必须振动坩埚，保证样品均匀混合。最后将熔融的物料倒在加热烧红的铝板或铂板上。
采用氧化熔融制成玻璃状样品，氧化剂、氧化工艺、熔融时间和温度是关键参数。 文献曾报道过采用这种制样系统，矿物成分和颗粒尺寸以及元素相互间的影响很小，样品具有长期稳定性。 但是由于金属元素的还原性及样品与坩埚壁反映，因此在熔融过程中铂金坩埚会出现损耗，损耗量取决于样品的性能和坩埚使用前是否受过腐蚀。

2 结语
用X-射线荧光分析法测试铁合金的精确度在一定程度上取决于使用的样品制备系统和使用的标样质量。而样品制备的选择，则又取决于实验室设备及测样时间要求和精度要求。在欧洲，有相关的实验报告显示，以主成分测量数据置信度为95%计算，三个制样系统的相对标准偏差分别为±0.25-0.40%，±0.30-0.455%，±0.15-0.20%； 痕量组分测试数据相对标准偏差分别为 <5%，<5%和<3%。
使用感应重熔法和粉末压片法可以很容易地制备合金样品，速度快，操作简单。 而感应重熔法和熔融玻璃样品的精确度高，但是熔融玻璃样品需要较长时间，另外要考虑铂金坩埚损耗问题。
笔者认为，从分析精确度、标准化程度和经济角度综合考虑，感应重熔法具有很大的优势。