浅谈X—射线荧光光谱测定合金铸铁中各组分

摘要：文章探讨了用XRF法测定合金铸铁中Si、Mn、P、Ni、Cr、Cu、Mo等元素的分析方法，研究了分析条件及实验方法，并对该方法的精密度和准确度进行了试验，将样品测定结果与湿法测定结果进行了比对，结果令人满意。

关键词：合金铸铁；X-射线荧光光谱法；合金元素；特殊性能铸铁；元素分析 文献标识码：A

中图分类号：O657 文章编号：1009-2374（2015）16-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.031

合金铸铁又称“特殊性能铸铁”，是指在普通的铸铁中加入合金元素而使其具有一定的特殊性能。通常情况下，加入的合金元素有铬、镍、钼、钒、铜、钛等。合金铸铁根据合金元素的加入量又可以分为低合金铸铁、中合金铸铁和高合金铸铁三种。由于合金元素的加入，使得铸铁的基体组织发生改变，使得铸铁具有耐热、耐磨、耐腐蚀等特殊性能，因此被广泛应用于机械制造、冶金等行业之中。

由于合金铸铁化学成分复杂，需要分析的元素很多，采用经典的化学分析方法分析周期长，并且成本较高。而X射线荧光光谱法分析速度快、再现性好、分析准确度高，并且样品前处理简单、污染小，因此得到很广泛的应用。本文探讨了用X射线荧光光谱法测定合金铸铁中的Si、Mn、P、Cr、Ni、Mo、V、Cu等元素的分析方法，研究了仪器的最佳测量条件，并将测定结果与ICP-AES及化学分析方法测定结果进行比对，结果令人满意。该方法简便快速、准确度高，在实际生产中具有很高的应用价值。

1 试验部分

1.1 试样制备

对于合金铸铁来说，要提高元素分析的精密度和准确度，要求试样表面具有很高的光洁度。本文采用试样端面先用砂轮磨平，再用360# Al2O3金相砂纸抛光（若测定铝，需采用其他磨料）的方法。

光谱标样和试样的炮制方法一致。

1.2 标准样品

选取钢铁研究总院分析测试中心研制的合金铸铁标准物质7个，标准编号为GBW01138到GBW01144，用于制作标准工作曲线。这一套标准物质元素种类齐全，几乎涵盖了合金铸铁中所有常见组分，如Cr、Ni、Mo、V、Ti、Sn、Al、Mg等元素。各组分含量由低到高，保证了待分析样品的组分落入该套标准样品元素含量范围之内，因此应用广泛。

1.3 仪器与测量条件

1.3.1 仪器。

岛津XRF-1800型顺序式X射线荧光光谱仪：4kW铑靶X射线管

上海金相机械设备有限公司YM-2A金相试样预磨机

上海金相机械设备有限公司PG-2D金相试样抛光机

PRODIGY XP型ICP等离子体发射光谱仪

1.3.2 仪器工作条件。X射线荧光光谱仪工作参数条件见表1，面罩直径20mm。分析线采用Ka，衰减器关。

2 试验结果与讨论

2.1 基体效应及其处理

按表1中仪器工作参数条件逐一登记每一标样中各元素强度，将计算所得基体元素Fe设定为“定量”。一般P、Si元素含量较低，基体效应不明显，并且由于试验选用标样为合金铸铁套标，组分含量范围宽、线性良好，经过试验发现，除Cr、Ti外，对于Si、Mn、P等元素不做任何基体校正即可获得满意的结果，因此本文只对Cr、Ti两元素进行了基体校正，部分元素工作曲线及Cr、Ti校正前后工作曲线如图1所示：

2.2 测量结果

2.2.1 精密度试验。为了考察方法的精密度，本文用标样GBWO1142在重复测量程序下连续测量6次，由计算机自动进行统计运算，求出各元素的σ和RSD%，结果见表2。该过程属于标准样品的自测过程，一方面可以考察方法的精密度，另一方面与标准值进行比较，也可以知道元素基体效应校正是否正确。由表2可见，本法分析的精密度满足合金铸铁分析的要求。

2.2.2 准确度试验。为了考核工作曲线的可靠性，我们用不在工作曲线上的铸铁标准物质YSBC11032与HLBS11001a-2009YSBC13825来测定对照，比对结果见表3：

由表3可见除Mg外，11001a标样的Cu、V元素分析结果与标准值一致，其他元素测量结果绝对误差均在国家标准规定的测量误差之内。

2.2.3 合金铸铁样品中各组分含量的测定。随机抽取两个日常检测中的含Cr、Mo合金铸铁样品，用X-射线荧光光谱法对各组分含量进行分析，同时与ICP-AES及化学分析方法测定结果进行比对，其中Si、Mn、Cr、Mo采用ICP-AES法进行比对，P采用比色分析方法进行比对。XRF光谱法与比对测定结果对照如表4所示：

由表4可以看出，荧光分析方法与湿法分析结果吻合，分析误差均在合金铸铁化学分析允许差之内。

2.3 结论

合金铸铁化学成分复杂，湿法分析过程冗长，程序繁琐，而一般仪器分析的局限性又导致了部分元素不能同时分析测定。并且在湿法分析过程中，人员操作、计量器具等带来的误差不可避免，因此对专业人员具有更高的要求。而通过对X射线荧光光谱法的精密度和准确度的分析以及对实际生产样品测定结果与ICP-AES测定结果的比对可以看出，X射线荧光光谱法的分析结果与湿法分析结果吻合，标样结果同样验证了其结果的可靠性，分析测定结果令人满意。由此可见，X射线荧光光谱操作简便快速，仅需要简单的样品磨样过程，操作简单，准确度高，且免去了湿法分析样品前处理的繁琐程序，成本较低，污染小，有很高的实用价值。

2.4 讨论

（1）考虑到谱线的重叠干扰，依据经验计算将Mo对P的重叠系数设为0.0049；（2）由于实际合金铸铁样品中不含有Al，因此该实验未对Al做特殊研究。在实际应用中，若测定Al，应选用不含铝磨料重新对标样及试样打磨处理；（3）由于待测标准样品中的镁元素含量较低，导致了镁的强度值过低，因此X射线荧光光谱法测定低含量Mg时误差较大，因此该法不适于铸铁中低含量Mg的测定。

参考文献

[1] 梁钰.X射线荧光光谱分析基础[M].北京：科学出版社，2007.

[2] 张焕新.X射线荧光光谱法分析合金铸铁中硅锰磷硫铜镍铬钛铝碳的含量[J].理化检验化学分册，2005，（41）.

[3] 谭秉和，龚武，孙伟莹.X射线荧光光谱分析中基体效应的数学校正方法新探[J].光谱学与光谱分析，1998，（3）.

[4] 王效瑞，沈礼轩，汪厚基.X射线荧光分析单标样基本参数法的应用及其探讨[J].分析化学，1983，（3）.

作者简介：贾丽娜（1982-），女，沈阳有色金属研究院工程师，硕士，研究方向：化学分析。

（责任编辑：秦逊玉）