理化检测在金属材料研究中的地位与作用

摘要：金属材料的功能一般取决于它的组成元素、内部结构，研究其组成元素及内部结构是金属材料科学中重要的基础性研究工作。而金属材料组成和结构同其性能间关系的研究与确立，则是通过理化检测研究和检测工作的参与得以实现。通过理论和实例的阐述，提出了理化检测是金属材料研究重要组成部分的观点。

关键词：金属材料 理化检测 组成元素

在金属材料研究中，要了解金属材料的组成、结构和性能，必须通过理化检测手段及其检验理论研究予以解决，而且金属材料的组成、结构和性能之间的相互关系及其变化规律的研究与建立，也是通过理化检测的研究和测试工作的参与而得以实现的。因此对理化检测在金属材料研究中的地位和作用有一个不断认识的过程。在这里就理化检测的工作性质、研究内容和所解决的金属材料研究中的问题等方面谈一些认识和看法。

一、关于金属材料理化检测的方法和特点

理化检验又称“器具检验”，就是借助物理、化学的方法，使用某种测量工具或仪器设备，计量器具、仪器仪表和测试设备或化学物质和试验方法，对产品进行检验而获取检验结果的检验方法。理化检验一般分为物理性能检验、化学检验和金相检验等。

物理检验主要有：拉伸、弯曲、压缩、冲击等，主要是检验材料的力学性能的。

化学检验主要有：材料成分分析，是分析材料的化学成分的；晶间腐蚀应该也算化学检验，主要检验材料的耐腐蚀性能；

金相检验主要有：宏观金相，检查材料的缺陷，如气孔，裂纹等；微观金相，分析组织状态。

二、理化检测在金属材料研究中的研究内容

金属材料科学主要是研究金属材料的组成、结构与性能之间相互关系及其变化规律的科学。热力学、动力学、固体物理、固体化学、化学物理等基础学科为金属材料科学提供理论基础。金属材料的性能主要取决于金属材料内部的结构，金属材料的结构又取决于金属材料的组成、工艺参数等因素。因此，在金属材料研究中，必须深入探讨金属材料的性能与其组成、结构、工艺参数等因素相互间的内在联系，以确定合理的金属材料组成和最佳的制备工艺、加工工艺和处理工艺，从而获得最理想的内部结构和性能，以满足使用的要求。

在金属材料的组成研究中，材料的化学成分分析在施工中主要是材料的含C量、含Mn量、含Si量、含S量、含P量的分析即五大元素分析。对于其他Cr、Mo、V、Ti、Ni、Cu等元素的分析根据不同的检测要求确定。化学成分分析可以定量分析出材料的成分含量。另外使用光谱分析的方法也可以分析出材料的化学成分，但精度较低只可以大致确定一个范围值。因而对金属材料和无机非金属材料的主量和痕量元素的测定，应用较为普遍的方法有原子光谱法、分子光谱法、电化学法和常规化学法。

在理化检测领域中，尚有一门研究金属材料中第二相的类型、结构、组成、数量、形态、分布状态及合金元素在相际间的分配，进而建立其合金系同相组成以及相组成同合金性能之间的关系，并可应用于他类金属材料的物理-化学相分析科学。当然，在金属材料研究中，金属材料结构的设计和性能预测的工作，并从其化学元素组成预测高温合金的某种性能，有机大分子的分子设计、复合金属材料的组织设计和基于线弹性断裂力学对与一定尺寸以上裂纹长大与传播过程来预测寿命的方法方面获得一些成效。但由于金属材料结构和性能影响因素的复杂性和纯理论的局限性，要完全以“设计”和“预测”来代替其实际的理化检测研究和检测工作是不可能的。

三、解决金属材料研究中具体问题的实例

（1）原子吸收光谱法和原子荧光光谱法。原子吸收光谱法包括火焰原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收光谱法、氢化物发生-原子吸收光谱法及流动注射与原子吸收光谱法联用等方法，目前已广泛用于金属材料中微量、痕量元素的分析测定。氢化物发生-原子荧光光谱法（HG-AFS）对于As、Se、Te、Bi、Sn、Pb、Ge、Hg、Sb、Cd等易挥发元素的测定具有较低的检出限，在地质、冶金、医药卫生、环境保护等方面得到广泛的应用。我国的氢化物发生-原子荧光光谱仪的制造技术和应用水平也一直处于国际领先地位。

（2）电感耦合等离子体原子发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法。电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）因可快速地进行多元素同时分析，测定灵敏度高，且有较宽的线性动态范围，良好的精密度和重复性等特点，已成为金属材料分析最常用的工具之一，建立了包括几乎所有种类材料的分析方法。固态阵列检测器原子发射光谱仪已逐渐成为ICP光谱仪的主流，其技术的改进和发展很快。电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）具有很低的检出限、很宽的动态线性范围、干扰少、分析精密度高、分析速度快、可进行多元素同时测定，具有良好的分辨率、可提供精确的同位素信息，在高纯金属材料和稀土元素分析方面显示了优越的性能。

（3）X射线荧光光谱法。近年来，X射线荧光光谱法（XRF）在分析铁合金中主要在杂质元素方面取得了不少进展。实验人员用纯铁作为稀释剂，经高频加热熔融，离心浇铸成块状样品，分别采用内层涂有氧化锆的陶瓷坩埚和插入石墨坩埚的陶瓷坩埚有效克服了铁合金存在的矿物效应及颗粒效应，结果表明，块状样品表面不同部位及不同深度的化学成分分布均匀，相同熔融条件下的样品重复性良好，解决了用粉末压片制样对测定结果带来的误差。采用此法成功进行了铌铁合金中铌、硅、磷和锰铁中锰、硅、磷的测定。

四、结论

理化检测学是研究建立物质的组成、结构和性能的测试方法，并提供其结果信息的科学。它在金属材料研究中，为金属材料提供其组成、结构和性能的准确结果，参与金属材料的组成、结构和性能间相互关系及其变化规律的研究与确立。所以，理化检测是金属材料研究的重要组成部分。理化检测技术的水平，是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一，理化检验工作的发展和提高，对于深入认识自然界的规律，促进科学技术进步和国民经济的发展，都起着十分重要的作用，因此我们应该更加重视理化检测。

参考文献

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[4]耿国胜，钛合金高速铣削技术的基础研究[D].南京航空航天大学，2006.

作者简介：郑帅（1986-），女，助理工程师，2010年毕业于沈阳航空航天大学计算机科学与技术专业，现从事化学检验工作。