看谱镜在铁基合金钴元素分析中的应用

　　看谱镜利用材料的可见光谱对材料的成分进行快速分析，具有成本低、样品损伤小、可现场使用等优点，在材料研制过程中和加工现场有着广泛的应用。

　　目前的看谱镜分析技术主要是是以人眼目视测光为基础，进行材料成分分析时需要熟悉不同牌号材料的光谱结构。初学者掌握看谱分析技术有较大的难度，阻碍可见光谱分析技术的推广。为解决看谱镜的使用问题，本公司研制计算机可见光谱自动分析系统，有效的解决分析过程中的视场定位、谱线辨别和谱线强度自动分析问题。系统还具有定量分析和谱图记录功能，为可见光谱分析技术在质量控制领域的应用提供基础。

　　1 试验部分

　　1.1 仪器

　　WKT-6 型棱镜看谱镜;WK1 型光栅看谱镜;

　　光谱范围：390~700nm ;使用电弧放电电源。

　　1.2 试样和试验条件

　　采用块状或棒状光谱试样，表面经细砂纸打磨处理。

　　分析间隙为0.5~2mm ;电弧电流为6A ;预燃时间为30s ;电极采用铜对电极。

　　谱图摄制和处理采用锐谱自动分析系统。

　　2 结果与讨论

　　2.1 铁基合金中钴元素可见光谱特征

　　在计算机上利用光谱线波长表模拟钴元素可见光谱[1]。从模拟图中看到，钴元素的可

　　见光谱线数量明显的少于铁元素可见光谱线[2] 。

　　铁基合金中钴元素的测定主要面临谱线强度低和其他元素谱线干扰严重等问题。分析工作需

　　要选用相对强度较高且受干扰较小的分析谱线。

　　Co486.79nm 谱线组是可见光范围强度较高的谱线组之一且受干扰较小，本工作选用Co486.79nm 进行光谱分析研究，Co535.21nm 谱线组作为高含量辅助分析谱线组。Co486.79nm 谱线组也是合金基体鉴别时常用的谱线组[3]。

　　钴元素的灵敏谱线在紫外光区，可见光区的谱线不容易激发，谱线对含量的检出灵敏度不高。但含有钴元素成分的铁基合金一般情况下的含量较高，Co486.79nm 和Co535.21nm 谱线组的检出灵敏度可以满足测定需要。

　　由于外观相同的原因，铁基合金容易与钴基合金和镍基合金相混淆，铁基合金中钴元素的分析方法也可用于铁基合金与钴基合金和镍基合金的鉴别工作。当本工作选用的视场中铁元素谱线强度较高时，所测定样品为铁基合金，否则为镍基或钴基合金。结合镍基合金的分析[4] 可以进一步区分镍基和钴基合金。

　　本文采用的实际样品数字谱图均为棱镜看谱镜谱图，棱镜看谱镜与光栅看谱镜的线色散率不同[5]，图2~5 可在光栅看谱镜上参照使用。

　　2.2 Co486.79nm 谱线组Co486.79nm 谱线组的视场( 见图2)，该谱线组是钴元素在可见光区强度*高的谱线组之一，对样品中钴含量的检出灵敏度可以达到1% 以下。进行定性分析时可以根据Co486.79nm 谱线的出现与否判定样品成分中是否有钴元素。当Co486.79nm谱线的强度超过临近的Fe478.13nm 等几条铁元素谱线强度时，样品中的钴含量应在10% 以上，如果Co486.79nm 谱线的强度超过视场中强度*高的Fe492.05nm 谱线强度时，说明样品中的钴含量超过30%。

　　图2 Co486.79nm谱线组谱图

　　进行半定量分析时可以选用Fe485.57nm、F e 4 9 1 . 0 0 nm、F e 4 8 7 . 8 2 nm、F e 4 8 5 . 9 8 nm、Fe487.21nm、Fe487.13nm 和Fe492.05nm 作为比较线，通过标准样品比对制定的强度分析标志(见表1)。利用表1 所示的强度标和图2 所示的视场可对铁基合金中的钴元素进行半定量分析。表1 Co486.79nm 谱线组强度标W(Co)/%强度标志W(Co)/%

　　强度标志

　　0.5 Co486.79=Fe485.57 7.5 Co486.79=Fe485.98

　　2 Co486.79=Fe491.00 9.5 Co486.79=Fe487.21

　　5 Co486.79 ≤ Fe487.82 11 Co486.79=Fe487.13

　　6 Co486.79=Fe487.82 >30 Co486.79 ≥ Fe492.05

　　2.3 Co535.21nm 谱线组

　　Co535.21nm 谱线组的灵敏度远低于

　　Co486.79nm 谱线组，主要用于分析钴含量较高的铁基高温合金，视场如图3 所示。Co535.21nm 谱线的强度与Fe532.42nm 谱线强度相当时，样品中的钴元素含量在20% 左右。铁基高温合金如果含钴元素，含量一般在20% 左右，使用Co535.21nm谱线组可以方便的鉴别含钴与不含钴的铁基高温合金。

　　图3 Co535.21nm谱线组谱图

　　2.4 计算机辅助分析

　　影响看谱分析可靠性的因素较多，造成分析的精度和准确性较低的*主要原因是人眼视觉误差较大。为此，本公司研制材料可见光谱计算机辅助分析系统，利用数字视频技术进行材料可见光谱的观测分析记录，可有效提高看谱分析的可靠性与可追溯性，为可见光谱分析技术在质量管理方面的应用奠定基础。

　　由于人眼观测只能判定光强是否相接近或区分明显的差别，且很难在视场中相距较远的谱线间进行比对。常用的一些半定量分析方法都是选用多条分析谱线和比对谱线，以得到多个含量的判定，使得强度判定依据较为复杂，缺乏经验的操作者很难掌握。而采用计算机自动分析可得到视场中谱线的强度数据，可以进行任意两条谱线间的比对，不受谱线间的强度差别和距离的限制。在分析谱线和比较谱线的选用上也没有人眼观测时的限制，仅选用一条稳定、线性好的分析线和一条比较谱线即可利用标准试样制定出定量的工作曲线进行定量分析工

　　作。

　　2.5 视场定位及谱线辨别

　　Co535.21nm 谱线组测定示意谱图。在对比标定区给出铁基合金中Co535.21nm 谱线组的典型谱图，并对主要谱线进行标定。使用系统的导引功能可很便捷的在观测区定位需要分析的样品的视场，利用主要谱线的强度可以进行快速的定性分析使用系统的定量分析功能，得到各条谱线的强度数据，可以进行更为精确的定量分析。系统的自动识别功能对常用分析谱线和比较谱线进行标示，初学者也可以很容易的定位所测元素的分析谱线。所标示位置处如果没有谱线出现，说明样品中不含该元素或该元素为杂质元素。看谱工作中遇到双线问题时常造成误判，使用系统的自动识别功能可以准确的定位谱线，有效的解决误判问题。遇到分析处理难度较大的问题时可以使用系统的记录功能将视场记录成电子谱图，后期再进行分析处理。

　　由此看到，观测区和对比区的图谱特征差别很大，利用人眼视觉进行观测时很难对样品进行视场定位和谱图分析，而利用辅助分析系统可以快速定位视场和辨别谱线。借助对比标定区的指示可以看到在标定的铁谱线位置观测区没有谱线出现，说明样品不含铁元素。图5 观测区中实际所测的样品的确不是铁基合金，而是不含铁元素的镍基高温合金。可见借助计算机分析系统，合金基体鉴别也变得轻而易举。

　　3 结论

　　(1) 铁基合金中钴元素谱图可以直接用于棱镜看谱镜的分析工作，也可参照使用于光栅看谱

　　镜。

　　(2) 定性分析可以使用Co486.79nm 谱线组快速判定样品中是否含钴元素成分。

　　(3) 定量分析可以使用Co486.79nm 谱线组进行半定量分析测定工作，辅助使用Co535.21nm 谱线组进行高含量分析测定。

　　(4) 可以使用计算机辅助分析系统进行自动的定量分析工作，减少人眼视觉误差造成的影响。

　　(5) 钴元素的谱线辨别和视场定位难度较大，可借助计算机辅助分析系统的自动标示功能快速定位视场和辨别谱线。