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

背景技術：

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，需對硅鋁板鍍層進行相關的檢測方法進行開發(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，對鍍層中的硅、鋁含量進行準確地測定，無疑具有十分重要的意義。

硅鋁板鍍層中硅、鋁含量進行測定的尚未有正式發(fā)布的國家或行業(yè)標準，有關對硅鋁板鍍層中硅、鋁含量進行測定的方法報道較少，類似鍍層分析的測定報告、論文主要在鍍鋅板、鍍錫板等的鍍層檢測方面。檢索到英國標準“BS EN10346:2009 Continuously hot-dip coated steel flat products－Technical delivery conditions”中的標準性附錄B“Annex B(normative)Reference method for determination of the aluminium-silicon coating mass”中規(guī)定了對硅鋁板鍍層質(zhì)量測定的參考方法，該方法采用化學原理溶解鍍層，使用鹽酸或氫氧化鈉溶液反復對樣品表面進行處理，通過處理前后的質(zhì)量差得到硅鋁板鍍層的質(zhì)量，該標準未規(guī)定鍍層中元素質(zhì)量分數(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成分分析方法”中也通過化學手段對試樣表面進行處理，之后將試樣退鍍?nèi)芤阂腚姼旭詈系入x子光譜儀進行測定，得到鍍層中元素的質(zhì)量分數(shù)，該方法的測定元素僅有硅、鎳、銅和鐵，硅元素的測定范圍為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)量和化學成分測定重量法、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”，該標準修改采用ISO17925-2004，該方法用含有緩蝕劑的鹽酸溶液對樣品表面進行處理，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)進行測定，即可得到鍍層中的元素質(zhì)量分數(shù)。標準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，硅含量范圍達到上限；檢索到GB/T 29559-2013“表面化學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”，該標準等同采用ISO 16962：2005，其中規(guī)定元素測定范圍0.01％～10.00％，不適用于硅鋁板，且該標準為通用性標準，其中未有針對硅鋁板樣品的計算方法。

另外，未檢索到關于硅鋁板鍍層中硅鋁含量測定的文章。

技術實現(xiàn)要素：

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

一種測定硅鋁板鍍層中硅、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，積分時間600～1500s。元素強度隨分析電壓、分析電流的增加而增大，但分析電壓、分析電流過大也會造成背景信號強度的增大，而且使樣品坑激發(fā)坑不平坦，樣品易打糊。針對硅288.158nm、鋁396.152nm等分析譜線，經(jīng)優(yōu)化試驗得到最適合本分析方法的儀器參數(shù)。

(2)校準工作曲線的制作：激發(fā)35～45塊標準樣品，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，在設定的激發(fā)條件下，每個標準樣品激發(fā)3次以上，采用濺射率進行不同基體中元素強度與質(zhì)量權重分數(shù)的校正。確定在此方式下已測的各標準樣品測定的各元素平均質(zhì)量分數(shù)與已知標準值一致，偏差應在合理的數(shù)理統(tǒng)計范圍內(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與對邊頂點的距離不小于20mm。不能用任何機械手段摩擦樣品表面，用無水乙醇清洗表面并晾干。

2、應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系曲線，確定鍍層厚度和硅、鋁元素含量深度定量關系：將待測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，樣品上加負高壓500～1500V，氬氣被擊穿，形成穩(wěn)定的等離子體；在負高壓的作用下，受到電場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)光譜儀檢測和計算機計算；利用輝光光譜法逐層剝離樣品表面，檢測每一層的成分，當測量到的元素成分3s內(nèi)變化小于1％時，停止測量，根據(jù)每次測量的深度與成分的關系，繪制成分隨深度變化關系曲線。由鋁、鐵元素含量隨深度變化的定量關系，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)量分數(shù)的計算方法：

(1)在鍍層深度方向?qū)?、鋁元素質(zhì)量分數(shù)以時間或鍍層厚度進行積分處理，把時間的函數(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)量分數(shù)從峰值的90％降至10％的深度，確定鋁降至50％的深度，標記這些深度為Al90％，Al 10％，Al50％，峰值是指從積分開始至鋁的質(zhì)量分數(shù)為50％之間的質(zhì)量分數(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)量分數(shù)的計算：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)量分數(shù)，計算公式如下：

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)點在于：操作簡便、結(jié)果精確，并能很好地解決沒有硅鋁板標準樣品的問題。

附圖說明

圖1為不同電壓下各元素硅鋁譜線強度示意圖。

圖2為不同電流下硅鋁譜線強度示意圖。

圖3為硅元素校準曲線圖。

圖4為鋁元素校準曲線圖。

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。

具體實施方式

實施例1

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的具體實施方式：

具體實施采用美國LECO公司GDS850A輝光放電光譜儀：陽極直徑4mm，配備一個集中為0.75米的多色儀(56個通道)：多色儀光學系統(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。一種測定硅鋁板鍍層中硅、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，積分時間1500s。元素強度隨分析電壓、分析電流的增加而增大，但分析電壓、分析電流過大也會造成背景信號強度的增大，而且使樣品坑激發(fā)坑不平坦，樣品易打糊。針對硅288.158nm、鋁396.152nm等分析譜線，經(jīng)優(yōu)化試驗得到最適合本分析方法的儀器參數(shù)。

(2)校準工作曲線的制作：激發(fā)38塊標準樣品，每個標準樣品激發(fā)3次以上，采用濺射率進行不同基體中元素強度與質(zhì)量權重分數(shù)的校正。確定在此方式下已測的各標準樣品測定的各元素平均質(zhì)量分數(shù)與已知標準值一致，偏差應在合理的數(shù)理統(tǒng)計范圍內(nèi)。本方法標準樣品列于下表2：

表2、校準曲線標準樣品列表及各元素含量值、濺射率值

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

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

2、應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系曲線，確定鍍層厚度和硅、鋁元素含量深度定量關系：將待測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，樣品上加負高壓750V，氬氣被擊穿，形成穩(wěn)定的等離子體；在負高壓的作用下，受到電場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)光譜儀檢測和計算機計算；利用輝光光譜法逐層剝離樣品表面，檢測每一層的成分，當測量到的元素成分3s內(nèi)變化小于1％時，停止測量，根據(jù)每次測量的深度與成分的關系，繪制成分隨深度變化關系曲線。由鋁、鐵元素含量隨深度變化的定量關系，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)量分數(shù)的計算方法：

(1)在鍍層深度方向?qū)?、鋁元素質(zhì)量分數(shù)以時間或鍍層厚度進行積分處理，把時間的函數(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)量分數(shù)從峰值的90％降至10％的深度，確定鋁降至50％的深度，標記這些深度為Al90％，Al 10％，Al50％，峰值是指從積分開始至鋁的質(zhì)量分數(shù)為50％之間的質(zhì)量分數(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)量分數(shù)的計算：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)量分數(shù)，計算公式如下：

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中確定的方法對兩塊硅鋁板樣品分別測定3次，同時對該兩塊樣品采用BS EN 10346:2009中規(guī)定的方法對表面進行處理，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)量分數(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)量測試方法”中對鍍鋅產(chǎn)品鍍層質(zhì)量測定再現(xiàn)性為平均值±5％的要求，測得的硅鋁板鍍層中硅、鋁的總質(zhì)量與采用BS EN 10346:2009方法所測結(jié)果偏差較小?？梢娎迷摲椒▽崿F(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％)的快速測定，操作簡便、結(jié)果精確，很好的解決了生產(chǎn)檢測的需要，目前已應用到生產(chǎn)中。