铁基复合材料合金元素含量化学分析试验研究

栾晓宇

（沈阳科金特种材料有限公司，辽宁 沈阳 110101）

在对铁基复合材料研究中，可知我国已经在上个世纪年代末期便开展了对此方面的研究，铁基复合材料的应用也在此时期便开始在市场盛行，在对其的研究与不断实践应用期间，铁基复合材料增强颗粒的覆盖范围越来越广，可使用的材料种类也越来越多[1]。其中二氧化三铝；碳化钛；碳化硅；碳化钨等材料中的颗粒均具有铁基复合材料的相关物理性质。除上述提出的相关材料构成物质，其中碳化硅、碳化铬等金属元素，均可在材料烧结过程中产生极易融化的基体，且烧结后颗粒也无法作为独立颗粒对其进行保留。当与基体发生反应后，其中的碳化物质与氧化物质在空气中发生反应，从而产生MC类型的碳化物，这些被碳化的物质中，碳化硅的热力学性能较为显著，更加适用于复合材料的制备[2]。总之，随着目前我国对铁基复合材料研究的深入，多种物质正逐步向着高性能层面递进，具有较高的市场应用价值。而影响铁基复合材料性能的参数中，起到最关键作用的就是铁基复合材料合金元素含量化学分析。由此可见，针对铁基复合材料合金元素含量化学分析试验研究是具有现实价值的，本文提出铁基复合材料合金元素含量化学分析试验研究，通过试验的方式，致力于通过在明确铁基复合材料合金元素含量的基础上，促进铁基复合材料更好的应用发展。

1 试验材料与方法

1.1 试验原材料

在本次试验中，选定铁基复合材料为此次试验的原材料[3]。试验所用铁基复合材料为自行研制的Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe铁基复合材料。铁基复合材料在1050℃下开坯，加工成d12 mm×2 000 mm的棒材。

1.2 试验装置

本次试验采用装置为直读光谱仪，型号为OBLF GS-1000，其具体参数表，如表1所示。

表1 直读光谱仪具体参数

结合表1所示，为本次试验测试使用仪器基本参数。通过直读光谱仪，保证测试精度。除此之外，本次试验还配备分析电镜，用于分析铁基复合材料合金元素含量。

1.3 试验流程

本次试验流程为：首先，选取d10 mm×10 mm的铁基复合材料试样，针对铁基复合材料试样界面有勃结的区域用角磨机打磨平整，将铁基复合材料试样置于直读光谱仪激发台上激发[4]。而后，通过分析电镜，提供CCD图像，根据查看微粒影响或择优取向。最后，去除荧光、散射和其它背景辐射量，化学分析铁基复合材料合金元素含量，并进行计算，保存测定数据。

2 试验结果

2.1 计算铁基复合材料合金元素含量

本文以铁基复合材料合金元素含量作为衡量铁基复合材料合金元素含量化学分析结果的关键指标，通过计算计算铁基复合材料合金元素含量，得出铁基复合材料合金元素含量化学分析结果[5]。设铁基复合材料合金元素含量为，则铁基复合材料合金元素含量的表达式，则有公式（1）。

公式（1）中，指的是铁基复合材料试样中金属元素的质量浓度，单位为µg/ml；M指的是铁基复合材料试样体积，单位为ml；S指的是铁基复合材料试样质量，单位为g。通过公式（1），得出铁基复合材料合金元素含量，其中Ti元素的含量在浓度为0.5%的试剂样本中，其组织液体中含有大量的碳化铁物质。

2.2 检出限

计算铁基复合材料合金元素含量的基础上，测定本次试验的检出限。以铁基复合材料合金元素含量为依据，设检出限表达式为LD，则有公式（2）。

公式（2）中，m指的是铁基复合材料合金元素含量波动系数；Ib指的是铁基复合材料合金元素含量测定背景；t指的是铁基复合材料合金元素含量峰值。通过公式（2），得出铁基复合材料合金元素含量化学分析不确定度来源的检出限，如图1所示。

图1 检出限示意图

根据图1所示，本次试验结果得出的检出限能够符合铁基复合材料合金元素含量化学分析标准[6]。证明本次实验结果检出限的有效性。

2.3 精密度

在完成检出限测定的基础上，为进一步证明试验结果的有效性，针对试验结果的精密度进行验算。本次选取衡量试验结果精密度的指标为相对误差允许限，设其计算公式为wr，可得公式（3）。

公式（3）中，C指的是铁基复合材料合金元素含量化学分析误差允许限系数；X0指的是铁基复合材料合金元素含量的标准值。通过公式（3），设本次试验结果精密度为RE，可得表2。

表2 精密度

根据表2所示，本次试验精密度大于2%，相对误差小于相对误差允许限，实验结果具有较高精密度。

2.4 准确度

不仅需要精密度验算，针对其试验结果的准确度同样需要验算。设得出的准确度为，具体内容详见表3。

表3 准确度

根据表3所示，本次试验准确度高于92%，实验结果具有较高准确度，其分析结果具有有效性。

3 结论分析

在证明实验结果具有有效性的前提下，分析实验结果。对实际样本进行取样分析，发现组织试剂中还存在少量的金属铁。而在此过程中，Ti元素的含量在浓度为1.0%的剂样本中，其组织液体中的碳化铁物质含量显著降低，但其中金属铁素体的含量则呈现一定的上升趋势。当Ti元素的含量浓度达到4.0%时，组织液体中仅包含少量的金属铁素体物质。因此，根据上述实验结果，可以显著的看出试剂中基体组织的浓度会随着Ti元素含量的变化而发生变化，产生此种现象的原因主要是TiC物质属于高强度稳定融合化合物所造成的，不仅自由度较低，并且其稳定熔点较高，从其化学性质层面分析，在发生反应过程中，碳化硅、碳化铬等金属元素含量占比最大，因此TiC物质的结构是十分稳定的。

4 结束语

通过铁基复合材料合金元素含量化学分析试验研究，能够取得一定的研究成果，解决传统铁基复合材料合金元素含量化学分析中存在的问题。由此可见，本文设计的试验是具有现实意义的，能够指导铁基复合材料合金元素含量化学分析方法优化。与此同时，还需要进一步加大对铁基复合材料合金元素含量的研究力度。截止目前，国内外针对铁基复合材料合金元素含量化学分析的重视程度仍有不足，必须深刻认识到铁基复合材料合金元素含量在铁基复合材料性能影响中的重要地位，全面探索铁基复合材料性能最好下的各项合金元素含量参数。