X射线荧光光谱法测定低合金生铁中Si、Mn、P、S、Cr、Ni的应用_
摘要：X射线荧光光谱法测定低合金生铁中的Si、Mn、P、S、Cr、Ni等元素的含量。通过对比分析，选择适合于低合金生铁的制样方式，建立对应的分析应用程序，达到分析测试目的。经实际生产验证：该分析方法具有分析速度快、精确度高的优点，满足了分析的需求。
关键词：X射线荧光光谱法；直接抛光法；粉末压片法；低合金生铁
中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）23-0058-03
1 概述
宝钢德盛不锈钢有限公司主要以国外进口红土镍矿为原料，从事镍合金生产。其中间产品高炉低合金生铁，初期使用传统的化学分析，存在分析周期长、环境污染严重、工作量大等缺点。随着生产规模的扩大，分析效率难以满足生产需求。而使用X射线荧光法，能快速、准确分析低合金生铁，更有利于生产指导。
X射线荧光分析中，主要影响分析速度、准确度的因素为分析试样的制备。本法采用粉末压片法，过程简单，从取样、粗磨制样、混合压片到X射线荧光仪分析，方法简便、快速，制样成本低，准确度和精密度满足分析要求。
2 实验部分
2.1 主要仪器及工作条件
Axios型X射线荧光光谱仪，SST陶瓷X射线光管，2.4kW，60kV，100mA，75μ铍窗、准直器面罩φ30mm。
DELL Optiplex 745MT计算机、SuperQ 5分析软件，粉碎机（SL301型，配碳化钨磨具），压样机（SL201型）：最大压力：60kN，保压时间：1～999秒。
2.2 样品制备
高炉取得块状试样，切割精选样块粗磨制成粒度不小于100目的试样20g，加入0.5g微晶纤维素，混合研磨120s，在30kN压力下，保压20s，制得用于分析的试样。
2.3 制样方法探讨
X射线荧光法分析低合金生铁中，常规的两种制样方法分别为直接抛光法、粉末压片法。
在直接抛光法验证过程中，本公司使用图章型取样器，底板为大不锈钢板，以利于试样快速冷却，防止偏析。在水冷的条件下，先使用砂轮进行粗磨，再使砂带进行高速抛光，保证轻元素分析的准确性。此方法为试样直接分析，不存在制样过程干扰，制样速度快、分析精度高，但对制样设备要求高、耗材大。在制样过程中，铁水浇注技术要求高，但还是经常有夹杂、气泡，而低合金生铁的硬度高，大幅度增加制样时间。在尝试先切割再抛光时，由于低合金生铁硬而脆并存在裂纹，经常在切割时断裂，无形中增加了制样时间和制样难度。
在粉末压片法验证过程中，本公司直接取块状试样，选择切取中间部分，去除氧化层，使用粉碎机进行研磨制成粒度不小于100目的试样20g以上。称取20g试样、0.5g微晶纤维素（粘接剂），混合均匀，研磨120s，以硼酸衬底，在30kN的压力下，保压20s，制成样片。此方法在速度、精度上不如直接抛光法，但过程简便，不存在操作难点，而且对设备要求低，耗材成本极低。
根据分析的实际要求，结合以上两种方法的特点，本公司选择粉末压片法。虽然直接抛光法的快速、准确性都优于粉末压片法，但其制样成本高，操作不确定度大。粉末压片法的快速、准确性虽然低于直接抛光法，但高于湿法分析，而且操作过程简便，完全满足分析要求。
粉末压片法的条件选择。粉末压片法的每个条件选择均可能影响分析结果，主要有试样粒度、试样称量、粘接剂称量、混合研磨时间、压片压力、保压时间。
试样粒度：影响分析结果的粒度主要是混合磨样后的粒度，试样粗磨粒度按常规制样，粒度不小于100目。
试样称量：压片试样用量为3g/个，磨样最小要求量为20g，制样时间与制样量成正比，生铁成分分布均匀，制样量对生铁的分析精度影响不大，因而选取称样量为20g。
粘接剂称量：低合金生铁试样为金属粉末，在不加粘接剂的情况下，制成的样片容易出现裂纹，而且较为松散，粉末脱落严重，不适合大量用于荧光仪分析。因此以微晶纤维素作为粘接剂，加入量分别为1.0g、0.8g、0.6g、0.4g、0.2g，磨样时间3min，压力30kN，保压时间30s，进行测试。从制成的样片效果上看，0.2g较为松散，0.4g以上均符合要求，各测试元素的荧光强度（Raw kcps）如表1所示。说明在0.2g至1.0g的微晶纤维素加入量不影响荧光强度。但微晶纤维素加入量过大，会降低荧光仪抽真空速度。因此本法选取称量为0.5g。
表1 粘接剂加入量与荧光强度的关系
质量 Si Mn P S Cr Ni
1 1.0g 7.8183 23.8944 0.8265 7.1982 191.5808 28.4937
2 0.8g 7.8400 23.8550 0.8377 7.2132 190.5719 28.4233
3 0.6g 7.8865 23.9683 0.8670 7.1155 190.4019 28.5404
4 0.4g 7.8738 23.9049 0.8570 7.0400 190.8820 28.4629
5 0.2g 7.8387 23.9564 0.8462 7.0992 191.0748 28.6672
混合研磨时间：混合研磨时间直接影响测试样片的粒度，测试条件：取不小于100目试样20g，微晶纤维素0.5g，混合磨样时间分别为1min、2min、3min、4min，压力30kN，保压时间30s，其中磨样时间3min以上，容易结块。各测试元素的荧光强度（Raw kcps）如表2所示。说明混合磨样时间在2min以上，各测试元素的荧光强度较为稳定，因此选定混合磨样时间为2min。
表2 混合研磨时间与荧光强度的关系
时间 Si Mn P S Cr Ni
1 1min 7.8386 23.9136 0.8098 7.0380 190.9007 27.7310