梁世慶光譜分析技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及金屬材料分析領(lǐng)域的應(yīng)用要求教程

梁世慶光譜分析技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及金屬材料分析領(lǐng)域的應(yīng)用要求教程第1頁/共40頁內(nèi)容概覽第一部分：光譜分析技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.光譜分析儀器發(fā)展歷史2.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀3.未來發(fā)展趨勢(shì)第二部分：金屬材料分析領(lǐng)域的應(yīng)用要求1.金屬材料發(fā)展2.金屬材料發(fā)展對(duì)光譜儀的要求3.用戶對(duì)光譜儀的要求第2頁/共40頁光譜分析技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)第一部分第3頁/共40頁光譜分析儀器發(fā)展歷史

光譜起源于17世紀(jì)，1666年物理學(xué)家牛頓第一次進(jìn)行了光的色散實(shí)驗(yàn)。光

1814年德國光學(xué)儀器專家夫瑯和費(fèi)研究太陽光譜中的黑斑的相對(duì)位置時(shí)．把那些主要黑線繪出光譜圖。譜

1859年基爾霍夫和本生為了研究金屬的光譜制造世界上第一臺(tái)實(shí)用的光譜儀器，從而奠定了一種新的化學(xué)分析方法—光譜分析法的基礎(chǔ)，他們被公認(rèn)為光譜分析法的創(chuàng)始人。

儀器

化學(xué)史上特殊地位：

發(fā)現(xiàn)自然元素中1/7第4頁/共40頁光譜分析儀器發(fā)展歷史之后的60多年中，羅蘭發(fā)明了凹面光柵，

波耳的理論在光譜分析中起了作用，其對(duì)光譜的激發(fā)過程、光譜線強(qiáng)度等提出比較滿意的解釋。

1928年以后，光譜儀器激發(fā)光源的穩(wěn)定性得到改進(jìn)，本身性能大幅提高，光譜分析成了工業(yè)領(lǐng)域一種普遍的分析方法。

第5頁/共40頁國內(nèi)光譜分析儀器發(fā)展歷史

1958年開始試制光譜儀器，生產(chǎn)了我國第一臺(tái)石英攝譜儀。王大珩院士1971—1972年由北京第二光學(xué)儀器廠研究成功國內(nèi)第一臺(tái)WZG—200平面光柵光量計(jì)，結(jié)束了我國不能生產(chǎn)光電直讀光譜儀的歷史。

研制比領(lǐng)先國家晚近100年第6頁/共40頁國內(nèi)光譜分析儀器應(yīng)用歷史

八十年代以后，改革開放加快了我國分析儀器的研制、應(yīng)用的發(fā)展腳步。我國鑄造行業(yè)開始引進(jìn)光電直讀光譜儀作為熔煉過程中化學(xué)成份控制的分析手段。

國外先進(jìn)品牌當(dāng)時(shí)狀況：美國ThermoFisherScientific公司的ARL2460德國SPECTRO公司1982年開始推出SPECTROLAB系列花火直讀光譜儀德國OBLF公司1992年推出RS1000系列火花直讀光譜儀應(yīng)用比領(lǐng)先國家晚近50年第7頁/共40頁國內(nèi)外儀器水平差距正在縮小2000年之后，國外開始出現(xiàn)CCD全譜分析儀器2008年國內(nèi)開始有廠家試產(chǎn)基于CCD的全譜分析儀器2013年，經(jīng)過5年的不斷改進(jìn)，國內(nèi)CCD全譜分析儀器已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平比領(lǐng)先國家晚近8年第8頁/共40頁2.光譜分析儀器國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀通道式與全譜式并存CCD入射狹縫凹面光柵羅蘭圓光源PSCNiSiMnCrFeMgMoMnCrVCuCoAlCeWNiTi200300400波長通道式光譜儀測(cè)量譜線-藍(lán)色，全譜式光譜儀測(cè)量譜線-紅色第9頁/共40頁分析塊狀金屬樣品主流光源普通火焰本生燈電弧/火花光源ICP樣品電極激發(fā)光源的發(fā)展第10頁/共40頁當(dāng)今主流激發(fā)光源的能力對(duì)比光源蒸發(fā)能力激發(fā)溫度/K穩(wěn)定性應(yīng)用直流電弧高4000-7000較差定性分析、難溶樣品及礦物分析交流電弧中4000-7000較好低含量組分定量分析火花低5000-10000好金屬、合金、難激發(fā)元素定量分析ICP很高6000-8000很好溶液、難激發(fā)元素定量分析數(shù)字光源中（可調(diào)）4000-10000（可調(diào)）很好金屬、合金、難激發(fā)元素定量分析、低含量組分定量分析第11頁/共40頁以M5000可編程脈沖合成數(shù)字光源為例t1t5tn4530280每個(gè)電源的輸出脈沖可以單獨(dú)控制，再經(jīng)過合成得到最終的激發(fā)波形t激發(fā)頻率高達(dá)1000Hz通過脈沖合成可實(shí)現(xiàn)任意激發(fā)波形，獲得最佳激發(fā)效果采用開關(guān)電源控制技術(shù)，光源穩(wěn)定性好第12頁/共40頁針對(duì)不同元素產(chǎn)生最佳激發(fā)波形火花性放電電流混合放電電流電弧性放電電流適合分析激發(fā)電位高的元素適合分析常規(guī)元素適合分析蒸發(fā)溫度高及痕量元素脈沖合成全數(shù)字光源第13頁/共40頁性能水平性能水平：JJG768-2005發(fā)射光譜儀國家計(jì)量檢定規(guī)程中的性能要求第14頁/共40頁市場(chǎng)主流儀器市場(chǎng)主流產(chǎn)品：ARL4460SPECTROLAB10SPECTROMAXXM5000Q4Q2FMCDF-100應(yīng)用領(lǐng)域：鑄造、機(jī)加工、有色金屬、等各種金屬材料分析、檢驗(yàn)領(lǐng)域。PMT

PMT+CCDCCDCCDCCDCCDCCDPMT

CCD全譜讀光譜儀主流第15頁/共40頁3.光譜分析儀器發(fā)展趨勢(shì)全譜臺(tái)式光譜儀必將取代大型通道式光譜儀CCD傳感器的發(fā)展趨勢(shì)已形成，不可阻擋；全譜式光譜分析儀器的優(yōu)越性以及其引領(lǐng)的市場(chǎng)趨勢(shì)，不可阻擋；趨勢(shì)一旦形成，不會(huì)輕易改變！儀器小型化、智能化的趨勢(shì)，不可阻擋；第16頁/共40頁3.光譜分析儀器發(fā)展趨勢(shì)全譜臺(tái)式光譜儀必將取代大型通道式光譜儀CCD傳感器的發(fā)展趨勢(shì)已形成，不可阻擋；全譜式光譜分析儀器的優(yōu)越性以及其引領(lǐng)的市場(chǎng)趨勢(shì)，不可阻擋；儀器小型化、智能化的趨勢(shì)，不可阻擋；第17頁/共40頁CCD傳感器的發(fā)展趨勢(shì)第18頁/共40頁CCD傳感器的發(fā)展趨勢(shì)第19頁/共40頁3.光譜分析儀器發(fā)展趨勢(shì)全譜臺(tái)式光譜儀必將取代大型通道式光譜儀CCD傳感器的發(fā)展趨勢(shì)已形成，不可阻擋；全譜式光譜分析儀器的優(yōu)越性以及其引領(lǐng)的市場(chǎng)趨勢(shì)，不可阻擋；儀器小型化、智能化的趨勢(shì)，不可阻擋；第20頁/共40頁分析譜線少受PMT體積和安裝空間的限制，通道式光譜儀測(cè)量的譜線只有二十條左右分析元素少由于通道光譜儀分析的譜線少，因此，分析元素也較少，一般只能同時(shí)分析十幾個(gè)元素?cái)U(kuò)展性差通道光譜儀出廠后，能夠分析的元素和基體種類就已經(jīng)確定，無法增加新的分析元素或基體譜線信息少通道式光譜儀只能測(cè)量出縫寬度內(nèi)的譜線強(qiáng)度，譜線信息不全面，無法精確校正共存元素及背景光的干擾，分析精度差通道式直讀光譜儀存在的不足第21頁/共40頁全譜測(cè)量的優(yōu)勢(shì)通道配置不受限制可選擇更多分析譜線更豐富的譜線信息全面的干擾、校正算法提供更多……CCD全譜分析元素多？分析范圍大？需求有變化？高、低含量都有最好的分析能力不同基體選擇最合適的分析譜線不用再擔(dān)心！還可以做到……通道價(jià)格第22頁/共40頁全譜測(cè)量的優(yōu)勢(shì)通道配置不受限制可選擇更多分析譜線更豐富的譜線信息全面的干擾、校正算法CCD全譜看得清儀器的漂移看得清光譜背景看得清譜線干擾譜線智能漂移校正離峰背景扣除背景干擾譜線多峰擬合扣干擾背景線第23頁/共40頁3.光譜分析儀器發(fā)展趨勢(shì)全譜臺(tái)式光譜儀必將取代大型通道式光譜儀CCD傳感器的發(fā)展趨勢(shì)已形成，不可阻擋；全譜式光譜分析儀器的優(yōu)越性以及其引領(lǐng)的市場(chǎng)趨勢(shì)，不可阻擋；儀器小型化、智能化的趨勢(shì)，不可阻擋；第24頁/共40頁儀器小型化、智能化的趨勢(shì)？第25頁/共40頁金屬材料分析領(lǐng)域的應(yīng)用要求第二部分第26頁/共40頁材料的發(fā)展史100W1W3K1K舊石器時(shí)代新石器時(shí)代青銅時(shí)代鐵器時(shí)代1850s鋼鐵時(shí)代21世紀(jì)復(fù)合材料時(shí)代金屬材料是人類歷史的見證者，在材料工業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位第27頁/共40頁金屬材料應(yīng)用特點(diǎn)各種各樣的應(yīng)用需求衍生出種類繁多的金屬材料高要求：行業(yè)的不斷發(fā)展對(duì)材料要求越來越高多樣性：應(yīng)用場(chǎng)合多，需求類別復(fù)雜應(yīng)用要求不斷提高促進(jìn)了新型材料的開發(fā)與應(yīng)用第28頁/共40頁汽車材料的多樣性需求汽車上的零部件采用了4000余種不同的材料加工制造發(fā)動(dòng)機(jī)有100多種變速箱有35種以上第29頁/共40頁汽車典型零件選材零件應(yīng)用要求材料選擇汽車齒輪高的彎曲疲勞強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度；較高的強(qiáng)度和沖擊韌性；較好的熱處理性能，熱處理變形小。汽車齒輪用材是合金滲碳鋼20Cr或20CrMnTi，并經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火。滲碳、淬火、回火后，還可采用噴丸處理，增大表面應(yīng)壓力，有利于提高疲勞強(qiáng)度，并清除氧化皮。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸工作中受到彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉壓、沖擊等交變應(yīng)力，且應(yīng)力分布極不均勻；曲軸頸與軸承還發(fā)生滑動(dòng)摩擦。材料需具有高的強(qiáng)度、一定的沖擊韌度、足夠的彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度、足夠的剛度，軸徑表面有高的硬度和耐磨性。鍛鋼曲軸一般采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼制造，如30、45、35Mn2、40Cr、35CrMo等。鑄造曲軸主要由鑄鋼、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵及合金鑄鐵等制造，如ZG230-450、QT600-3、QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。汽車板簧汽車板簧用于緩沖和吸振，承受很大的交變應(yīng)力和沖擊載荷。因此，對(duì)汽車板簧的性能要求是材料要有較高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度汽車板簧一般選用彈性高的合金彈簧鋼來制造，如65Mn、65Si2Mn鋼等。對(duì)于中型或重型汽車，板簧還采用50CrMn、55SiMnVB鋼；對(duì)于中型載貨汽車用的大截面積板簧，則采用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb鋼制造。第30頁/共40頁汽車發(fā)展對(duì)材料的要求節(jié)能減排汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展減少行進(jìn)阻力：改進(jìn)汽車結(jié)構(gòu)提高燃油效率：改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)減少整車重量：采用輕質(zhì)合金汽車每減重100公斤，可節(jié)省汽油0.7升/百公里AlMgTi第31頁/共40頁鋁合金在汽車中的應(yīng)用汽車中鋁合金的比重：2000年4%發(fā)展至10%第32頁/共40頁鋁合金在汽車中的應(yīng)用第33頁/共40頁鎂合金在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用第34頁/共40頁鎂合金