專利名稱：金屬原位分析儀的制作方法
技術領域：
本發明屬于借助測定材料的物理性質來分析材料的領域，主要涉及金屬材料的化學成分分析領域。
背景技術：
化學成分、成分偏析、表面缺陷、夾雜物的含量是鋼鐵生產中質量控制的最重要的四項內容。在現有技術中，采用硫印試驗來檢驗合金元素在鋼中的偏析或分布，用酸浸試驗來檢驗中心疏松，采用金相法檢驗夾雜物種類、形貌、尺寸大小及分布，上述傳統方法操作繁鎖，分析速度慢，所需時間長，同時無法定量化(《光學顯微分析》P21-40，孫業英著，清華大學出版社，1996年10月)。
在現有技術中，火花源原子發射光譜儀可以進行材料中的化學成分分析，但只能得到各元素平均含量，無法進行成分的分布分析，更無法進行偏析度、疏松度、夾雜物定量分析。究其原因，主要是目前火花源原子發射光譜儀存在以下三項主要技術缺陷一、靜態激發。分析過程中保持樣品固定，每次只是激發熔融一個5mm直徑的斑點，為靜態激發，不能記錄單次放電的位置，從而無法進行元素與夾雜物的分布分析；二、積分檢測方式。采集的對象為幾千個放電脈沖的積分電壓，無法識別每個火花特性，從而無法解析蘊藏在單次火花放電中的化學信息；三、高能預燃。經過20至30秒的預燃，大部分夾雜物被重融，從而無法觀察到那些反映夾雜物信息的異常火花。
發明內容
本發明的目的在于提供一種能快速準確直接測定金屬材料的化學成分、元素成分分布、夾雜物分布及偏析度、疏松度的金屬材料原位分析儀。
基于上述目的，本發明的主要技術方案是利用同步掃描平臺夾持樣品，實現連續移動激發樣品的火花放電，通過分光，由高速數據采集系統采集每次放電火花的譜線強度與位置，以數字方式實時記錄，并通過統計解析，進行樣品的化學成分分析，元素分布分析(偏析度分析)、疏松度分析以及夾雜物分布分析。
根據上述技術方案，本發明金屬原位分析儀具體由激發光源系統、分光系統、單次火花放電高速采集系統，火花光譜單次放電數字解析系統和連續激發同步掃描定位系統組成。其中激發光源系統由高純氬氣控制器、鎢電極、樣品和火花發生器組成。
分光系統由入射狹縫，單色計和出射狹縫組成。
單次火花放電高速采集系統由光電倍增管、高壓板、放大板和高速采集板組成。
火花光譜單次放電數字解析系統由控制機、計算機和打印機組成。
連續激發同步掃描定位系統由框架、叉架、連接筒。升降臺、X軸導軌、Y軸導軌、壓桿和步進電機組成。
現結合附圖對本發明作進一步說明
附圖1為本發明金屬原位分析儀的結構示意圖。
附圖2為連續激發同步掃描定位系統的結構示意圖。
由附圖1可看出，本發明金屬原位分析儀包括激發光源系統、分光系統、單次火花放電高速采集系統、火花光譜單次放電數字解析系統和連續激發同步掃描定位系統。激發光源系統所激發的光通過反射鏡16與分光系統的入射狹縫5相連，分光系統通過出射狹縫7所射出的線性光譜與單次火花放電高速采集系統的光電倍增管8相連，單次火花放電高速采集系統的高速采集板11通過導線與火花光譜單次放電數字解析系統中的控制機12相連，火花光譜單次放電數字解析系統中的控制機12通過導線17與連續激發同步掃描定位系統中的步進電機28和31相連。
所述的激發光源系統由高純氬氣控制器1、鎢電極2、樣品3和火花發生器4組成；鎢電板2與火花發生器4相連，并與樣品3縱向相對，高純氬氣控制器1的噴嘴18對準火花發生器4所產生的火花中心。
所述的分光系統由入射狹縫5、單色計6和出射狹縫7組成；入射狹縫5和出射狹縫7分別處于單色計6的兩側。入射狹縫5的寬度為60-80um，出射狹縫7的寬度為20-30mm，出射狹縫的狹縫個數n為3-55個，單色計6采用凹面光柵、帕邢-龍格(Paschen-Runge)裝置。分光系統的光學基本參數為光柵焦距750mm，譜線范圍120-800nm.整個分光系統處于恒溫控制狀態之下。
所述的單次火花放電高速采集系統由光電倍增管8、高壓板9、放大板10和高速采集板(A/D)11組成；相對于分光系統中出射狹縫的狹縫個數n，對應的也有n組單次火花放電高速采集系統。每一組單次火花放電采集系統中光電倍增管8、放大板10和高速采集板11均通過導線串聯，各組之間則相互并聯，而高壓板9則通過導線19與每一組中的光電倍增管8相通。
所述的火花光譜單次放電數字解析系統由控制機12、計算機13和打印機14組成；三者通過導線相連。
所述的連續激發同步掃描定位系統是一種可編程的自動化機械裝置，它由框架21，叉架22、連接筒23、升降臺25、X軸導軌29、Y軸導軌27、壓桿32、步進電機28和31組成。升降臺25固定在X軸導軌29上，升降臺25通過連接筒23與叉架22相連，框架21固定在叉架22上，壓桿32通過壓頭33緊固樣品3，旋緊螺栓24也用于固定樣品3；步進電機31通過其絲杠30與X軸導軌29相接，步進電機28通過絲杠26與y軸導軌27連接，兩者構成X-Y直角坐標掃描軌道。火花光譜單次放電數字解析系統中控制機12通過導線17發出運動命令，控制步進電機28和31帶動框架21在選定區域內進行掃描，運動范圍和軌跡可根據分析任務隨時調整，能夠實時記錄火花發生器放電電極的準確位置。
采用本發明金屬原位分析儀分析金屬材料化學成分是通過測量各元素的特征譜線的強度來測定各成分的含量，并結合位置信號，確定元素的分布，其具體的工作過程如下1、確定X-Y軸原點由連續激發同步掃描定位系統15夾持樣品3移動，確定一個相對零點。
2.樣品參數設置。
由計算機13設置樣品掃描范圍。
3.激發采樣激發光源系統在程序的控制下，在樣品表面進行火花放電，連續光譜經分光系統分光后，由單次火花放電高速采集系統采集、存儲。
4.數據處理由計算機13通過控制機12接受的每次火花放電能量的相對大小，進行統計解析，計算出各元素的化學成分和夾雜物含量，結合由控制機12所接受的來自連續激發同步掃描定位系統中的火花位置信息，就可計算材料表面各成分的偏析度和疏松度，并繪出各元素的成分布和夾雜物分布圖象，以二維、三維立體方式顯示。并通過打印機，打印輸出。
與現有技術相比，本發明具有如下優點(1)一次掃描分析，同時得到材料中元素含量、元素成分分布、偏析度、疏松度和夾雜物的定量分析結果。分析測試信息全面，對照性強。
(2)以掃描范圍內各點的元素含量的平均值來計算樣品的化學成分，避免了元素偏析時取樣點的差異而帶來的誤差，分析結果更可靠。
(3)以二維圖形顯示材料任意點、線上的各元素成分含量，并標明最嚴重偏析出現的位置，結果定量準確，實用性強。
(4)以二維圖形顯示材料任意點、線上的疏松狀況，并標明最嚴重疏松出現的位置，結果定量準確，實用性強。
(5)以三維立體圖形顯示材料中元素成分和夾雜物的分布，形象直觀。
(6)分析周期短，適用于生產現場的實時監控。
權利要求
1.金屬原位分析儀，其特征在于①該分析儀包括激發光源系統，分光系統、單次火花放電高速采集系統、火花光譜單次放電數字解析系統和連續激發同步掃描定位系統；激發光源系統所激發的光譜通過反射鏡(16)與分光系統的入射狹縫(5)相連，分光系統通過出射狹縫(7)所射出的線性光譜與單次火花放電高速采集系統的光電倍增管(8)相連，單次火花放電高速采集系統的高速采集板(11)通過導線與火花光譜單次放電數字解析系統的控制機(12)相連，火花光譜單次放電數字解析系統的控制機(12)通過導線(17)與連續激發同步掃描定位系統的步進電機(28，31)相連，激發光源系統通過樣品(3)與連續激發同步描述定位系統的框架(21)相連；②所述的激發光源系統由高純氬氣控制器(1)、鎢電極(2)、樣品(3)和火花發生器(4)組成，鎢電板(2)與火花發生器(4)相連，并與樣品(3)縱向相對，高純氬氣控制器(1)的噴嘴(18)對準火花中心；③所述的分光系統由入射狹縫(5)單色計(6)和出射狹縫(7)組成；入射狹縫(5)和出射狹縫(7)分別處于單色計(6)的兩側，入射狹縫(5)的寬度為60-80μm，出射狹縫(7)的寬度為20-30μm，單色計(6)采用凹面光柵和帕邢一龍格(paschen-Runge)裝置，出射狹縫(7)的狹縫個數n為3-55個；④所述的單次火花放電高速采集系統由光電倍增管(8)、高壓板(9)、放大板(10)和高速采集板(11)組成；相對于分光系統中出射狹縫(7)的狹縫個數n，對應的也有n組單次火花放電高速采集系統，每一組單次火花放電高速采集系統中的光電倍增管(8)、放大板(10)和高速采集板(11)均通過導線串聯，各組單次火花放電高速采集系統則相互并聯，高壓板(9)則通過導線(19)與每一組的光電倍增管(8)相通；⑤所述的火花光譜單次放電數字解析系統由控制機(12)、計算機(13)和打印機(14)組成，三者通過導線相連；⑥所述的連續激發同步掃描定位系統由框架(21)、叉架(22)、連接筒(23)、升降臺(25)、X軸導軌(29)、Y軸導軌(27)、壓桿(32)、步進電機(29，31)組成；升降臺(25)固定在X軸導軌(29)上，升降臺(25)通過連接筒(23)與叉架(22)相連，框架(21)固定在叉架(22)上，壓桿(32)通過壓頭(33)緊固樣品(3)，旋緊螺母(24)也用于固定樣品(3)，步進電機(31)通過其絲杠(30)與X軸導軌(29)相連，步進電機(28)通過絲杠(26)與Y軸導軌(27)相連，兩者構成X-Y直角坐標掃描軌道。
2.根據權利要求所述的分析儀，其特征在于整個分光系統處于恒溫控制狀態之下。
3.根據權利要求1所述的分析儀，其特征在于分光系統的光學基本參數為光柵焦距750mm，譜線范圍120-800nm。
全文摘要
本發明涉及金屬材料化學分析領域。所述的金屬原位分析儀由激發光源系統,分光系統、單次火花放電高速采集系統、火花光譜單次放電數字解析系統和連續激發同步掃描定位系統組成。本發明利用同步掃描樣品,實現樣品連續移動,連續火花放電,通過分光、采集,以數字方式實時記錄,通過統計解析,進行樣品的化學成分、元素分布、疏松度和類雜物分布的分析。結果準確全面。
文檔編號G01N21/62GK1370987SQ0211629
公開日2002年9月25日 申請日期2002年4月1日 優先權日2002年4月1日
發明者王海舟, 陳吉文, 楊志軍, 楊新生, 高宏斌, 賈云海, 袁良經 申請人:鋼鐵研究總院