專利名稱：鋁青銅光譜標準樣品及制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及銅合金標準樣品，特別是鋁青銅光譜標準樣品的制造方法。
背景技術：
用鋁青銅材質制作的硬幣，外觀色澤具有一定的觀賞性、新穎性。當今世界，在造幣技術比較先進的國家所發(fā)行的硬幣系列中，幾乎都有1～2種鋁青銅材質的硬幣。各國的鋁青銅材質的硬幣其成分各不相同，這也是防偽的需要。因此，我國生產(chǎn)自己用的鋁青銅帶材的顯得非常重要，并且控制鋁青銅帶材的質量更為重要，而控制帶材的質量則必須通過方便、準確、快捷的光譜分析來保證其中化學成分的配比正確。若使分析結果準確，則必須通過良好的標準樣品來實現(xiàn)。
國內(nèi)外同類標準樣品的比較英國MBH光譜標準樣品總體上看，所含元素符合鋁青銅標準要求，然而元素分布點分散，達到了31個點，由于標準樣品點多，制定分析方法時相當費時，幾乎無操作性；仔細查看標準樣品各點的標準值梯度不好，不是等差分布且分布不均勻，雖然MBH標準樣品中Fe、Mn、P、Pb梯度分布好一些，基本符合鋁青銅的標準要求，但Si元素的最高點含量達不到鋁青銅標準要求，該樣品中Si最高點為0.17％，而標準要求為0.3％，測量范圍不夠。MBH標準樣品中Cu、Ni、Sn、Zn四點均表現(xiàn)為梯度不好，測試用某段無標準樣品點，其中Cu為83.1％、85.5％、87.0％、90.8％、95.74％缺少93.0％一點，Ni為0.12％、0.20％、0.50％、1.50％、2.02％、4.25％缺少3.0％一點，Sn為0.13％、0.61％、0.65％、0.76％、0.92％、2.39％缺少1.5％一點，Zn為0.21％、0.30％、3.30％、4.39％、5.25％、7.95％在0.30％～3.30％之間缺少1.0％和2.5％兩點，MBH標準樣品中Al的梯度分布最差，低含量的在幾十個ppm和幾百個ppm之間，高含量的則在5％以上缺少3％、4％兩點，因此現(xiàn)有的MBH標準樣品滿足不了我國造幣用鋁青銅分析檢驗的需要。
現(xiàn)有的部分日本標準樣品，其分析元素含有Ni、Cu、Zn、Fe、Mn、Pb、As、Si、Bi、Mg，由于不含Sn、Al、P元素，所以不能分析Sn、Al、P，也就不能用于鋁青銅的測試。
國內(nèi)鋁青銅光譜標準樣品目前有三個牌號，分別是ByG1916-1(0～9號)、ByG1948-1(ByG1948-1-1～ByG1948-1-6)、ByG1947-1-1-6(GBW02121～GBW02126)。三套標準樣品的主成分銅沒有定值，且沒有梯度，不能用于檢測銅。鋁的標準值在7.35％～11.73％不在造幣用鋁青銅3％～7％的范圍內(nèi)，也不能用于檢測鋁。鐵只有GBW02121 Fe0.98％、GBW02122 Fe0.63％、GBW02124 Fe0.38％在檢測范圍內(nèi)，但缺少0.1％、0.2％兩點，鐵的檢測范圍不夠。錳ByG1948-1、ByG1947-1-1-6兩套標準樣品可以用于檢測，但梯度分布不好。鋅三套標準樣品的測試范圍為0.2％～2％，而造幣用鋁青銅中鋅的含量范圍在0.5％～7％，鋅的測試范圍不夠。錫三套標準樣品的測試范圍為0.03％～0.29％，而造幣用鋁青銅中錫的含量范圍在0.1％～2％，錫的測試范圍也不夠。鎳三套標準樣品的測試范圍為0.1％～4％，在0.1％～1.5％時梯度很好分布均勻，但從1.5％直接到4％中間沒有點，總的來說鎳的梯度分布不均。從對以上國內(nèi)外各種光譜標準樣品對比情況看，目前沒有直接可以用在造幣用鋁青銅合金測試的光譜標準樣品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種只適于我國造幣用鋁青銅帶材檢測用的光譜標準樣品，能為造幣鋁青銅熔鑄生產(chǎn)提供快速準確的爐前、爐后分析，還可為其它類似鋁青銅合金的生產(chǎn)服務。
本發(fā)明鋁青銅光譜標準樣品，其特征在于成套鋁青銅標準樣品的成分范圍區(qū)間如下Fe 0.10～0.80 Mn 0.10～0.80 Zn 0.3～6.5 Si 0.01～0.26Pb 0.005～0.065 Sn 0.10～2.0 P 0.002～0.020Ni 0.10～0.30 Al 2.0～8.0Cu 84.66～94.28制造方法，其特征在于熔鑄工藝采有中頻感應爐，用炭精坩鍋，鑄鐵模澆鑄；按設計成分要求，每點熔煉一爐；先將純金屬元素加入爐內(nèi)木炭覆蓋，熔化后攪拌、降溫，再加入易揮發(fā)金屬元素，升溫至易損耗元素剛噴火時停電、攪拌、取樣做爐前分析、并分別補加預配量的10％～30％的元素及二元合金；待各元素成分滿足要求后倒入預熱的鑄鐵模中澆鑄成試樣用鑄棒。
1、鋁青銅光譜樣品標準本發(fā)明的標準樣品的成分設計是在產(chǎn)品技術標準基礎上，同時考慮標準樣品的熔鑄工藝、均勻性要求及元素之間的相互影響，并滿足光譜分析要求，把大部分元素的梯度按等差方式進行設計。表1是鋁青銅合金產(chǎn)品的技術標準表1造幣用CuAl6Ni2合金和歐元用鋁青銅合金成分要求

根據(jù)表1的應用范圍確定造幣用鋁青銅化學成分標準，本發(fā)明方法對標準樣品中所有10個元素全部設計為有梯度的含量分布，這樣保證了實際分析工作中同一標準樣品即可用于直讀光譜的雜質分析，同時也可用于X射線熒光光譜分析儀的主成分分析，不僅節(jié)約了費用，同時技術上有十分明顯的優(yōu)勢，更方便了實際生產(chǎn)需要。為保證項目成功、儀器標準化、標準樣品考核等因素，表2所示該標準樣品設計包括7點。1～5點(40#～44#)用于鐵、錳、鋅、硅、鉛、錫、磷、鎳、鋁、銅等元素分析；6～7(45#～46#)點用于上述元素的標準化校正及考核控制分析，這樣做可以增加40#～44#點線性標準樣品的使用壽命，因為工作曲線不用經(jīng)常作，日常工作只用(45#～46#)號樣進行標準化校正即可。
2、鋁青銅光譜標準樣品的研制技術要點標準樣品由于所含組份復雜，含量范圍寬，元素的熔點、沸點相差較大，有些元素由于脫氧作用易于損耗，受熔煉時間影響很大，易產(chǎn)生偏析，熔點低的元素經(jīng)常表現(xiàn)為有序偏析(總體不均)有的元素在銅合金中溶解度低經(jīng)常表現(xiàn)為無序偏析(局部不均)，這就使得所有元素都達到設計要求的難度增大。
鋁青銅光譜標準樣品的技術特點是①雜質元素Pb、Fe、P、Si、Mn、和添加元素Al、Ni、Zn、Sn及主成分元素Cu同時具有梯度目前國內(nèi)外市場上的光譜標準樣品多為雜質及添加元素標準樣品，主成分元素Cu沒有梯度不能用于檢驗Cu，而本發(fā)明的鋁青銅光譜標準樣品既可以測試雜質又可以測試主成分。
②組份復雜，各元素的熔點、沸點變化大熔點231.9℃(Sn)～1536℃<p>圖2是現(xiàn)有ARM嵌入式微處理器系統(tǒng)3是本發(fā)明的電原理方框結構示意4是本發(fā)明的電原理結構示意圖具體實施方式
一、ARM-PC/104總線橋接電路技術規(guī)范1引腳定義ARM-PC/104橋引腳定義分為兩組，一組是與ARM CPU總線的連接部分，二組是與PC/104總線連接部分。表1是這些信號的功能說明。
表1 ARM-PC/104橋引腳信號


制造該標準樣品的方法如下①選料配料熔鑄加工標準樣品的熔鑄采用中頻感應爐，其容量為150公斤、功率100KW炭精或石墨坩堝，Φ55×500mm的鑄鐵模澆鑄，鑄鐵模預先加熱至200～300℃左右，然后在其內(nèi)表面涂上由50％肥皂、30％松香、15％煤油和5％煙灰合成的涂料，用來避免銅合金液凝固時粘模，用干餾木炭作覆蓋物以防止元素氧化。
②熔鑄時按設計成分要求，每點熔煉一爐。先將銅、鎳、鐵、錫、鉛、錳等純金屬不易損耗的元素加入爐內(nèi)，木炭覆蓋，送電加熱。熔化后攪拌，方式為磁力攪拌和人工攪拌共用，人工攪拌使用長度為2米左右的炭精棒，共攪拌2～5分鐘，然后降溫至1100℃左右，再加入硅-銅、磷-銅、鋁、鋅等易揮發(fā)金屬元素，升溫至1180℃～1220℃，到上述易損耗元素剛噴火時停電、攪拌，取爐前分析試樣后，做爐前分析，初步判定標準樣品成分的配制情況，并根據(jù)分析情況，按從硅、鋁、鋅到磷的順序分別補加表2中設計成分預配量的10％～30％的元素及二元合金。待各元素成分滿足要求后倒入預熱的鑄鐵模中澆鑄成7根鑄棒，澆鑄時間不得超過2分鐘、迅速冷卻(要求模溫不得超過350℃，只有如此，才能保證理想的冷卻速度)。(要使鑄錠均勻，必須而且只有做到充分攪拌和迅速冷卻)分別打上次序號和爐號(樣品號)。
③補加的部分元素由于不同元素在熔鑄時揮發(fā)性和熔鑄特征不一樣，因此對各元素的配制方法和添加量必須區(qū)別對待，對于熔鑄性能良好的元素銅、鋅、鐵、鎳、錫、鉛、鋁、錳等元素以純金屬加入，而熔鑄性能較差的元素磷、硅以其二元合金加入?？紤]到鋅、鋁、錳、磷、硅元素在熔煉和加入過程中損耗的特點，為保證達到表2標準樣品的設計要求，在配料時適當補加。為此制備材料列于表3中。
表3補加的熔煉材料表

制定標準樣品的均勻性檢驗、定值、考核及數(shù)據(jù)處理的標準，該標準樣品的組份復雜程度、熔鑄溫度、定值分析方法等，決定其制作難度也因此而不同。
用上述制造方法制出的本標準樣品的均勻性檢驗光譜標準樣品要求各元素的化學含量在鑄棒的縱向及橫切面每個點上均能保持成分均勻，無偏析產(chǎn)生。
具體檢驗過程是將鑄棒切去水口部分，在機床上車光成Φ40mm棒，切成高35～40mm塊。在每號的5根棒中按頭、中、尾各取3塊樣品共15塊試樣。編號1～15號。采用精密度高的光電直讀光譜儀及X射線熒光光譜儀，對分析元素做均勻度測量，重復3次。按光譜標準樣品均勻性檢驗的“極差法”進行判斷。通過組間極差和組內(nèi)極差的比較，判斷樣品的均勻性，所有元素R＜R0。結論是均勻的。
定值分析采用ICP和ICP-MS檢驗設備，分析方法選擇的大多是各元素相應含量范圍內(nèi)的經(jīng)典方法，根據(jù)通用技術規(guī)范，由六家單位獨立分析，即每元素每個單位分析4個數(shù)據(jù)，每元素總共6組定值數(shù)據(jù)。各單位都用兩種方法或兩名分析員完成，克服了方法和人員因素誤差。這樣，該標準樣品的每個元素共有24個定值數(shù)據(jù)。數(shù)量上足可以保證定值結果的準確性。以上各種措施從根本上消除了可能引入的偏差和錯誤。對45#(k1)～46#(k2)數(shù)據(jù)的測定由沈陽造幣廠理化中心出具每元素4個數(shù)據(jù)。(見表13造幣用鋁青銅光譜標準樣品標準化及控制樣定值數(shù)據(jù)表)。今后45#(k1)～46#(k2)樣品，將用于儀器每天標準化測試和準確性考核。由于標準化測試和準確性考核需每天作1～2次，大量消耗的是控制樣品，這樣能節(jié)約40#～44#系列標準樣品。
定值化學分析方法的選用可靠因樣品組份復雜，對標準樣品定值準確度影響很大，選擇可靠的分析方法十分重要，該標準樣品的定值分析方法除了采用經(jīng)典的火焰原子吸收法、容量法、絡合滴定法、光度法、電解分析法外還采用了現(xiàn)代的ICP-AES和ICP-MS，其中Cu采用經(jīng)典的電解分析法、P采用光度法、其他元素采用原子吸收法、絡合滴定法及ICP-AES和ICP-MS，因此定值的可靠性高。
經(jīng)過比較，可以得出造幣用鋁青銅光譜標準樣品，設計合理，制備工藝先進，使銅、鎳、錫、鋅、鐵、錳、鋁、鉛、磷、硅等10個主要成分及雜質元素成等差分布，定值準確可靠，含量梯度分布合理。能同時滿足于光電直讀光譜和X射線熒光光譜分析要求，可用于測定造幣用鋁青銅中的主要成分銅、鎳、錫、鋅、錳、鋁和雜質元素鉛、鐵、硅、磷等10個元素，該標準樣品還融合了歐元和CuAl6Ni2于一套光譜標準樣品中，明顯優(yōu)于國內(nèi)外同類標準樣品，填補了國內(nèi)外空白，達到國內(nèi)外先進水平。
該套標準樣品的參數(shù)設計比其它類似標準樣品復雜，加工工藝難度大，從而能夠體現(xiàn)出較高的技術水平。
權利要求
1.一種鋁青銅光譜標準樣品，其特征在于其雜質元素Pb、Fe、P、Si、Mn、和添加元素Al、Ni、Zn、Sn及主成分元素Cu同時具有梯度，能用于各種鋁青銅合金的測試；該套鋁青銅標準樣品的成分區(qū)間如下Fe 0.10～0.80 Mn 0.10～0.80 Zn 0.3～6.5Si 0.01～0.26Pb 0.005～0.065Sn 0.10～2.0 P 0.002～0.020Ni 0.10～0.30 Al 2.0～8.0 Cu 84.66～94.28在考慮同時具有梯度的條件下，各元素組分可在該區(qū)間范圍內(nèi)重新組合為多個檢測點。
2.一種鋁青銅光譜標準樣品的制造方法，其特征在于①選料配料標準樣品的熔鑄采用中頻感應爐，用炭精，也可用石墨坩堝，鑄鐵模澆鑄；在模內(nèi)表面涂上由50％肥皂、30％松香、15％煤油和5％煙灰合成的涂料，用干餾木炭作覆蓋物；②熔鑄加工時按上述設計成分要求，每點熔煉一爐；先將銅、鎳、鐵、錫、鉛、錳純金屬不易損耗的元素加入爐內(nèi)木炭覆蓋，送電加熱；熔化后攪拌，方式為磁力攪拌和人工攪拌共用，共攪拌2～5分鐘，然后降溫至1100℃±10℃，再加入易揮發(fā)金屬元素硅-銅、磷-銅、鋁、鋅，升溫至1180℃～1220℃到上述易損耗元素剛噴火時停電、攪拌、取樣做爐前分析、初步判定標準樣品成分的配制情況，并按從硅、鋁、鋅到磷的順序分別補加該成分的10％～30％的量；待各元素成分滿足要求后倒入預熱的鑄鐵模中澆鑄成試樣用鑄棒，澆鑄時間不得超過2分鐘、迅速冷卻，分別打上次序號和爐號、樣品號。
全文摘要
鋁青銅光譜標準樣品及制造方法，其特征在于該樣品將歐元用鋁青銅合金和鋁鎳銅合金融合于一套光譜標準樣品中，其雜質元素Pb、Fe、P、Si、Mn、和添加元素Al、Ni、Zn、Sn及主成分元素Cu同時具有梯度，既能用于歐元用鋁青銅合金的測試也能用于CuAl6Ni2合金的測試；也可用于檢測其它類似的鋁青銅材料，且應用方便，穩(wěn)定性很好，能夠達到技術要求。制造方法，其特征在于熔鑄工藝采有中頻感應爐，用炭精坩堝，鑄鐵模澆鑄；按設計成分要求，每點熔煉一爐；先將純金屬元素加入爐內(nèi)木炭覆蓋，熔化后攪拌、降溫，再加入易揮發(fā)金屬元素，升溫至易損耗元素剛噴火時停電、攪拌、取樣做爐前分析、并分別補加預配量的10％～30％的元素及二元合金；待各元素成分滿足要求后倒入預熱的鑄鐵模中澆鑄成試樣用鑄棒。
文檔編號G01N21/25GK1632523SQ20031011919
公開日2005年6月29日 申請日期2003年12月23日 優(yōu)先權日2003年12月23日
發(fā)明者賴茂明, 張煥文, 李秉寬, 王德雨, 佟鳳蘭, 胡向陽, 朱慕平 申請人:中國印鈔造幣總公司