本發(fā)明屬于金屬材料檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)定硅鋁板鍍層中硅、鋁含量的方法。尤其涉及一種利用輝光放電發(fā)射光譜對(duì)硅鋁板鍍層中硅、鋁含量的測(cè)定方法。

背景技術(shù)：

硅鋁板具有優(yōu)良的耐熱性能和抗腐蝕性能，綠色環(huán)保，較多用于汽車排氣系統(tǒng)、耐熱器具、建筑材料等。由于硅鋁板相較于鍍鋅板更佳的耐熱性能，首鋼京唐鋼鐵公司擬配置熱鍍硅鋁板生產(chǎn)線，需對(duì)硅鋁板鍍層進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)方法進(jìn)行開發(fā)。

硅鋁板的生產(chǎn)過程是將硅、鋁均勻地鍍覆在鋼板的表面，表面鍍層中硅、鋁的占比將影響硅鋁板的性能，對(duì)鍍層中的硅、鋁含量進(jìn)行準(zhǔn)確地測(cè)定，無疑具有十分重要的意義。

硅鋁板鍍層中硅、鋁含量進(jìn)行測(cè)定的尚未有正式發(fā)布的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)對(duì)硅鋁板鍍層中硅、鋁含量進(jìn)行測(cè)定的方法報(bào)道較少，類似鍍層分析的測(cè)定報(bào)告、論文主要在鍍鋅板、鍍錫板等的鍍層檢測(cè)方面。檢索到英國標(biāo)準(zhǔn)“BS EN10346:2009 Continuously hot-dip coated steel flat products－Technical delivery conditions”中的標(biāo)準(zhǔn)性附錄B“Annex B(normative)Reference method for determination of the aluminium-silicon coating mass”中規(guī)定了對(duì)硅鋁板鍍層質(zhì)量測(cè)定的參考方法，該方法采用化學(xué)原理溶解鍍層，使用鹽酸或氫氧化鈉溶液反復(fù)對(duì)樣品表面進(jìn)行處理，通過處理前后的質(zhì)量差得到硅鋁板鍍層的質(zhì)量，該標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定鍍層中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法，只能得到鍍層中硅和鋁的總的質(zhì)量；檢索到SN/T2951-2011“鍍鋅及鍍鋁鋅鋼板鍍層化學(xué)成分分析方法”中也通過化學(xué)手段對(duì)試樣表面進(jìn)行處理，之后將試樣退鍍?nèi)芤阂腚姼旭詈系入x子光譜儀進(jìn)行測(cè)定，得到鍍層中元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，該方法的測(cè)定元素僅有硅、鎳、銅和鐵，硅元素的測(cè)定范圍為0.001％～5.00％，不適用于硅鋁板；檢索到GB/T24514-2009“鋼表面鋅基和(或)鋁基鍍層單位面積鍍層質(zhì)量和化學(xué)成分測(cè)定重量法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法和火焰原子吸收光譜法”，該標(biāo)準(zhǔn)修改采用ISO17925-2004，該方法用含有緩蝕劑的鹽酸溶液對(duì)樣品表面進(jìn)行處理，處理前后的質(zhì)量差即為鍍層質(zhì)量，將表面處理剝離出來的鍍層溶液經(jīng)稀釋、過濾及定容后采用電感耦合等離子光譜法(ICP-AES)或火焰原子吸收光譜法(FAAS)進(jìn)行測(cè)定，即可得到鍍層中的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。標(biāo)準(zhǔn)適用范圍為鍍層鋁含量為0.02％～60.0％，鍍層硅含量為0.2％～10％，其中鋁含量范圍不適用硅鋁板，硅含量范圍達(dá)到上限；檢索到GB/T 29559-2013“表面化學(xué)分析輝光放電原子發(fā)射光譜鋅和或鋁基合金鍍層的分析”，該標(biāo)準(zhǔn)等同采用ISO 16962：2005，其中規(guī)定元素測(cè)定范圍0.01％～10.00％，不適用于硅鋁板，且該標(biāo)準(zhǔn)為通用性標(biāo)準(zhǔn)，其中未有針對(duì)硅鋁板樣品的計(jì)算方法。

另外，未檢索到關(guān)于硅鋁板鍍層中硅鋁含量測(cè)定的文章。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)定硅鋁板鍍層中硅、鋁含量的方法，解決了目前生產(chǎn)檢測(cè)中無標(biāo)準(zhǔn)方法可用的問題。

一種測(cè)定硅鋁板鍍層中硅、鋁含量的方法，具體步驟及參數(shù)如下：

1、建立適用于硅鋁板樣品，包含硅、鋁在內(nèi)的輝光表面分析方法：

(1)輝光光譜儀工作參數(shù)的設(shè)置：直流輝光放電光譜儀的放電參數(shù)為分析電壓600～800V，分析電流20～30mA，積分時(shí)間600～1500s。元素強(qiáng)度隨分析電壓、分析電流的增加而增大，但分析電壓、分析電流過大也會(huì)造成背景信號(hào)強(qiáng)度的增大，而且使樣品坑激發(fā)坑不平坦，樣品易打糊。針對(duì)硅288.158nm、鋁396.152nm等分析譜線，經(jīng)優(yōu)化試驗(yàn)得到最適合本分析方法的儀器參數(shù)。

(2)校準(zhǔn)工作曲線的制作：激發(fā)35～45塊標(biāo)準(zhǔn)樣品，其中Fe元素的含量范圍：0.005～99.78wt％，Al元素的含量范圍：0.006～97.93wt％，Si元素的含量范圍：0.004～12.47wt％，濺射率：0.097～1.66μg/s，在設(shè)定的激發(fā)條件下，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品激發(fā)3次以上，采用濺射率進(jìn)行不同基體中元素強(qiáng)度與質(zhì)量權(quán)重分?jǐn)?shù)的校正。確定在此方式下已測(cè)的各標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定的各元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)與已知標(biāo)準(zhǔn)值一致，偏差應(yīng)在合理的數(shù)理統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)。

(3)樣品處理：樣品規(guī)格要求直徑20mm≤Φd≤100mm或者連續(xù)面積大于800mm²的多邊形，其中連續(xù)面積的各多邊形的頂點(diǎn)與對(duì)邊頂點(diǎn)的距離不小于20mm。不能用任何機(jī)械手段摩擦樣品表面，用無水乙醇清洗表面并晾干。

2、應(yīng)用輝光表面分析方法分析硅鋁板樣品，得到每一層鋁、硅、鐵等元素成分隨鍍層厚度的關(guān)系曲線，確定鍍層厚度和硅、鋁元素含量深度定量關(guān)系：將待測(cè)樣品作為陰極置于光源上，光源內(nèi)抽真空到10±0.1Pa，充入氬氣并維持壓力500～1500Pa；陽極接地，樣品上加負(fù)高壓500～1500V，氬氣被擊穿，形成穩(wěn)定的等離子體；在負(fù)高壓的作用下，受到電場(chǎng)加速的高能氬離子轟擊樣品表面，樣品被逐層濺射和激發(fā)，發(fā)射出元素特征譜線，經(jīng)光譜儀檢測(cè)和計(jì)算機(jī)計(jì)算；利用輝光光譜法逐層剝離樣品表面，檢測(cè)每一層的成分，當(dāng)測(cè)量到的元素成分3s內(nèi)變化小于1％時(shí)，停止測(cè)量，根據(jù)每次測(cè)量的深度與成分的關(guān)系，繪制成分隨深度變化關(guān)系曲線。由鋁、鐵元素含量隨深度變化的定量關(guān)系，確定鍍層的深度厚度，由硅、鋁元素含量隨鍍層深度變化的定量關(guān)系，并在定義的深度范圍內(nèi)積分，得到鍍層中硅、鋁的總質(zhì)量。

3、鍍層中硅鋁元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算方法：

(1)在鍍層深度方向?qū)琛X元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)以時(shí)間或鍍層厚度進(jìn)行積分處理，把時(shí)間的函數(shù)轉(zhuǎn)化為深度的函數(shù)，得到硅鋁板深度方向分析圖；

a.確定鍍層主量元素鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從峰值的90％降至10％的深度，確定鋁降至50％的深度，標(biāo)記這些深度為Al90％，Al 10％，Al50％，峰值是指從積分開始至鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％之間的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值。

b.定義界面深度W為Al90％降至Al 10％的寬度。

c.定義鍍層深度L為Al50％深度與界面深度W之和。

d.鍍層元素積分深度為鍍層深度L。

(2)硅、鋁元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算：加和鍍層中硅、鋁的鍍層質(zhì)量，得到鍍層的總質(zhì)量，將硅、鋁元素的鍍層質(zhì)量分別除以鍍層的總質(zhì)量，得到硅鋁板鍍層中的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式如下：

式中d為鍍層積分厚度，m為鍍層中硅、鋁元素的質(zhì)量。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：操作簡便、結(jié)果精確，并能很好地解決沒有硅鋁板標(biāo)準(zhǔn)樣品的問題。

附圖說明

圖1為不同電壓下各元素硅鋁譜線強(qiáng)度示意圖。

圖2為不同電流下硅鋁譜線強(qiáng)度示意圖。

圖3為硅元素校準(zhǔn)曲線圖。

圖4為鋁元素校準(zhǔn)曲線圖。

圖5為硅鋁板鍍層定量深度剖析結(jié)果示例。

圖6為典型硅鋁板輝光分析譜圖-1。

圖7為典型硅鋁板輝光分析譜圖-2。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式：

具體實(shí)施采用美國LECO公司GDS850A輝光放電光譜儀：陽極直徑4mm，配備一個(gè)集中為0.75米的多色儀(56個(gè)通道)：多色儀光學(xué)系統(tǒng)Paschen-Runge；多色儀刻數(shù)3600條/mm；多色儀光柵分辨率0.017nm。南京和澳MY-200砂帶磨樣機(jī)。一種測(cè)定硅鋁板鍍層中硅、鋁含量的方法，具體步驟及參數(shù)如下：

1、建立適用于硅鋁板樣品，包含硅、鋁在內(nèi)的輝光表面分析方法：

(1)輝光光譜儀工作參數(shù)的設(shè)置：直流輝光放電光譜儀的放電參數(shù)為分析電壓750V，分析電流25mA，積分時(shí)間1500s。元素強(qiáng)度隨分析電壓、分析電流的增加而增大，但分析電壓、分析電流過大也會(huì)造成背景信號(hào)強(qiáng)度的增大，而且使樣品坑激發(fā)坑不平坦，樣品易打糊。針對(duì)硅288.158nm、鋁396.152nm等分析譜線，經(jīng)優(yōu)化試驗(yàn)得到最適合本分析方法的儀器參數(shù)。

(2)校準(zhǔn)工作曲線的制作：激發(fā)38塊標(biāo)準(zhǔn)樣品，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品激發(fā)3次以上，采用濺射率進(jìn)行不同基體中元素強(qiáng)度與質(zhì)量權(quán)重分?jǐn)?shù)的校正。確定在此方式下已測(cè)的各標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定的各元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)與已知標(biāo)準(zhǔn)值一致，偏差應(yīng)在合理的數(shù)理統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)。本方法標(biāo)準(zhǔn)樣品列于下表2：

表2、校準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)樣品列表及各元素含量值、濺射率值

將所選的標(biāo)準(zhǔn)樣品經(jīng)表面處理后，在優(yōu)化的儀器分析參數(shù)下激發(fā)各標(biāo)準(zhǔn)樣品，經(jīng)相對(duì)濺射率校正后，得到硅、鋁元素的校準(zhǔn)曲線圖3、圖4。

(3)樣品處理：樣品尺寸為20mm寬*100mm長，不能用任何機(jī)械手段摩擦樣品表面，用無水乙醇清洗表面并晾干。

2、應(yīng)用輝光表面分析方法分析硅鋁板樣品，得到每一層鋁、硅、鐵等元素成分隨鍍層厚度的關(guān)系曲線，確定鍍層厚度和硅、鋁元素含量深度定量關(guān)系：將待測(cè)樣品作為陰極置于光源上，光源內(nèi)抽真空到10±0.1Pa，充入氬氣并維持壓力1000Pa；陽極接地，樣品上加負(fù)高壓750V，氬氣被擊穿，形成穩(wěn)定的等離子體；在負(fù)高壓的作用下，受到電場(chǎng)加速的高能氬離子轟擊樣品表面，樣品被逐層濺射和激發(fā)，發(fā)射出元素特征譜線，經(jīng)光譜儀檢測(cè)和計(jì)算機(jī)計(jì)算；利用輝光光譜法逐層剝離樣品表面，檢測(cè)每一層的成分，當(dāng)測(cè)量到的元素成分3s內(nèi)變化小于1％時(shí)，停止測(cè)量，根據(jù)每次測(cè)量的深度與成分的關(guān)系，繪制成分隨深度變化關(guān)系曲線。由鋁、鐵元素含量隨深度變化的定量關(guān)系，確定鍍層的深度厚度，由硅、鋁元素含量隨鍍層深度變化的定量關(guān)系，并在定義的深度范圍內(nèi)積分，得到鍍層中硅、鋁的總質(zhì)量。

3、鍍層中硅鋁元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算方法：

(1)在鍍層深度方向?qū)琛X元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)以時(shí)間或鍍層厚度進(jìn)行積分處理，把時(shí)間的函數(shù)轉(zhuǎn)化為深度的函數(shù)，得到硅鋁板深度方向分析圖；

a.確定鍍層主量元素鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從峰值的90％降至10％的深度，確定鋁降至50％的深度，標(biāo)記這些深度為Al90％，Al 10％，Al50％，峰值是指從積分開始至鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％之間的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值。

b.定義界面深度W為Al90％降至Al 10％的寬度。

c.定義鍍層深度L為Al50％深度與界面深度W之和。

d.鍍層元素積分深度為鍍層深度L。

(2)硅、鋁元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算：加和鍍層中硅、鋁的鍍層質(zhì)量，得到鍍層的總質(zhì)量，將硅、鋁元素的鍍層質(zhì)量分別除以鍍層的總質(zhì)量，得到硅鋁板鍍層中的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式如下：

式中d為鍍層積分厚度，m為鍍層中硅、鋁元素的質(zhì)量。

典型的硅鋁板輝光分析譜圖如圖6、圖7，按照4.1中確定的方法對(duì)兩塊硅鋁板樣品分別測(cè)定3次，同時(shí)對(duì)該兩塊樣品采用BS EN 10346:2009中規(guī)定的方法對(duì)表面進(jìn)行處理，得到表面鍍層中硅、鋁的總質(zhì)量，得到結(jié)果表3。

表3、硅鋁板樣品鍍層中硅、鋁的質(zhì)量及質(zhì)量分?jǐn)?shù)

*注：BS EN 10346:2009中未提及方法的偏差范圍。

從表3可以看到，方法的精密度很好，明顯優(yōu)于GB/T1839-2008“鋼產(chǎn)品鍍鋅層質(zhì)量測(cè)試方法”中對(duì)鍍鋅產(chǎn)品鍍層質(zhì)量測(cè)定再現(xiàn)性為平均值±5％的要求，測(cè)得的硅鋁板鍍層中硅、鋁的總質(zhì)量與采用BS EN 10346:2009方法所測(cè)結(jié)果偏差較小?？梢娎迷摲椒▽?shí)現(xiàn)硅鋁板鍍層質(zhì)量為20～80g/m²(其中硅含量約10％，鋁含量約90％)的快速測(cè)定，操作簡便、結(jié)果精確，很好的解決了生產(chǎn)檢測(cè)的需要，目前已應(yīng)用到生產(chǎn)中。