專利名稱：一種快速、無損鑒定金屬材料牌號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金元素分析技術(shù)，涉及一種快速、無損鑒定金屬材料牌號的方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)常用的牌號鑒別技術(shù)有濕法分析和使用便攜式看譜鏡兩種。濕法分析即 將樣品取沫，使用OES類儀器得到金屬材料的準(zhǔn)確成分與材料的成分表對比，判斷金屬材 料牌號。濕法分析準(zhǔn)確度高，但需要將樣品破壞、速度慢、無法滿足現(xiàn)場滿足測繪要求；便攜 式看譜鏡是利用電弧產(chǎn)生的高溫灼傷使樣品蒸發(fā)、激發(fā)、發(fā)射特征譜線，然后根據(jù)譜線的波 長和強(qiáng)度來確定所含元素和含量，確定金屬材料牌號。便攜式看譜鏡對樣品有一定破壞、譜 線復(fù)雜對操作者的技術(shù)水平要求很高、只能進(jìn)行定性半定量分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種對于工作量大、任務(wù)周期短、部分零件分析要求被鑒定 金屬材料基體表面無損的一種快速、無損鑒定金屬材料牌號的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是(1)將金屬材料手冊按照合金元素分類，并制訂合金元素分類框圖；(2)對被鑒定材料進(jìn)行表面處理，1)鋼的表面處理用便攜式X射線熒光光譜儀判斷將鋼表面涂鍍層的數(shù)據(jù)，去除鋼表面涂鍍層，反 復(fù)測量去除鋼表面數(shù)據(jù)，直至鋼表面數(shù)據(jù)恒定；2)鋁合金的表面處理用便攜式X射線熒光光譜儀判斷將鋁合金表面涂鍍層的數(shù)據(jù)，去除鋁合金表面涂 鍍層，反復(fù)測量去除鋁合金表面數(shù)據(jù)，直至鋁合金表面數(shù)據(jù)恒定；3)鈦合金的表面處理用便攜式X射線熒光光譜儀判斷將鈦合金表面涂鍍層的數(shù)據(jù)，去除鈦合金表面涂 鍍層，反復(fù)測量去除鈦合金表面數(shù)據(jù)，直至鈦合金表面數(shù)據(jù)恒定；4)銅合金的表面處理用便攜式X射線熒光光譜儀判斷將銅合金表面涂鍍層的數(shù)據(jù)，去除銅合金表面涂 鍍層，反復(fù)測量去除銅合金表面數(shù)據(jù)，直至銅合金表面數(shù)據(jù)恒定；(3)使用便攜式X射線熒光光譜儀對被鑒定金屬材料基體進(jìn)行測量，得到基體材 料的元素含量數(shù)據(jù)；(4)用便攜式X射線熒光光譜儀測得的基體材料的元素含量數(shù)據(jù)與合金元素分類 框圖進(jìn)行比較，得到金屬材料牌號。所述的合金元素分類是將合金按照主量元素基體分類，分為鋼、鋁、鈦、銅，再將鋼 分為的碳素鋼、中低合金鋼、合金鋼，再將鋁合金分為鋁銅、鋁錳、鋁硅、鋁鎂、鋁硅鎂、鋁鋅 及其他元素，再將鈦合金分為兩大類第一大類為鈦鋁合金、鈦鉬合金及鈦鈀合金，第二類為鈦鋁錳、鈦鋁礬、鈦鋁鉬和鈦鋁錫，再將銅合金分為黃銅、白銅和青銅，黃銅分為鉛黃銅、 錫黃銅、鋁黃銅；白銅分為普通白銅和復(fù)雜白銅；青銅可分為錫青銅和特殊青銅。所述的合金元素分類框圖按照合金元素類別及合金元素含量制訂。所述的用便攜式X射線熒光光譜儀測得的基體材料的元素含量數(shù)據(jù)與合金元素 分類框圖進(jìn)行比較，得到金屬材料牌號為兩種以上時(shí)，結(jié)合被鑒定金屬材料的使用部位，鑒 定金屬材料牌號。采用所述的便攜式X射線熒光光譜儀的小點(diǎn)功能模式測量被鑒定金屬材料的焊 縫或直徑小于Φ 12的區(qū)域。所述的被鑒定金屬材料牌號的區(qū)別僅在于碳含量的區(qū)別時(shí)，采用便攜式X射線熒 光光譜儀和便攜式光電直讀光譜儀對被鑒定金屬材料基體進(jìn)行測量。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，本發(fā)明采用儀器測量與特征元素、材料使用部位 特征相結(jié)合的綜合判斷方法，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.特征元素法。本發(fā)明概況總結(jié)了四種牌號的特征元素分類框圖。由于儀器提供 的元素含量信息豐富，不能逐個(gè)元素與金屬材料成分對比，通過特征元素法可以迅速、有效 的確定四種基體的金屬材料牌號。2.把材料使用部位應(yīng)用到材料牌號鑒別中。對于有些單一靠測量數(shù)據(jù)無法判斷的 牌號，使用部位可作為重要參考。3.測量前的表面處理方式。大部分表面處理方式對測試結(jié)果都會有影響，必須對 零件表面進(jìn)行前處理才能對基體牌號正確判斷。本項(xiàng)目總結(jié)出一套針對不同涂鍍層的前處 理方式。4.小點(diǎn)工作模式。小點(diǎn)工作模式是可以不與被測樣品接觸，將可將儀器的測量界 面集中到3mm的樣品上，小點(diǎn)模式的應(yīng)用解決了難以直接測量的焊縫、小樣品等問題。5.本發(fā)明測定的元素種類多、測定范圍寬。測定材料包括四種基體共90余種牌號 (其中鋼45個(gè)牌號、鋁合金22個(gè)牌號、鈦合金10個(gè)牌號、銅合金15個(gè)牌號)。6.本發(fā)明為現(xiàn)場牌號鑒別的發(fā)展提供了可行、高效的模式。即采用便攜式X射線 熒光光譜儀和便攜式光電直讀光譜儀兩種儀器結(jié)合特征元素法進(jìn)行現(xiàn)場材料牌號鑒別的 鑒別模式。7.方法推廣價(jià)值高。本項(xiàng)目的研究成果成功應(yīng)用與許多航空廠的大修項(xiàng)目中，并 良好的完成了項(xiàng)目任務(wù)?？傊景l(fā)明是使用特征元素法結(jié)合便攜式光譜儀器，探索一種新的分析模式和方 法，達(dá)到滿足快速無損判定材料牌號的要求，具有很高的推廣價(jià)值和良好的社會效益。


圖1是本發(fā)明碳素鋼分類框圖；圖2是本發(fā)明中低合金鋼分類框圖；圖3是本發(fā)明合金鋼分類框圖；圖4是本發(fā)明變形鋁合金分類框圖；圖5是本發(fā)明鑄造鋁合金分類框圖；圖6是本發(fā)明鈦合金分類框圖7是本發(fā)明銅合金分類框圖。
具體實(shí)施例方式使用便攜式X射線熒光光譜儀(XLt-898)和便攜式光電直讀光譜儀(X-MET8000)， 其中以便攜式X射線熒光光譜儀為主、便攜式光電直讀光譜儀為輔。在測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上 結(jié)合材料的特征元素、已知牌號的標(biāo)鋼和材料使用部位、用途、鑄造狀態(tài)、材料的表面處理 情況綜合分析，最終達(dá)到判定材料牌號的目的。詳細(xì)工作內(nèi)容共包括四部分內(nèi)容，金屬材料的表面前處理、確定特征元素、使用手 冊驗(yàn)證所判定的金屬材料牌號、小點(diǎn)模式的應(yīng)用，具體內(nèi)容如下1.結(jié)合各牌號特征元素確定材料牌號1)鋼牌號判定鋼的牌號按照化學(xué)成分的不同可分為碳素鋼、中低合金鋼(合金元素< 10% )和 合金鋼(> 10% )。其主要合金元素為特征元素，按照特征元素法，碳素鋼、中低合金鋼、合 金鋼分類框圖如圖1、圖2和圖3 ；2)鋁合金材料牌號判定鋁合金分為變形(加工)鋁合金和鑄造鋁合金兩個(gè)大類。變形鋁合金中分為鋁 銅、鋁錳、鋁硅、鋁鎂、鋁硅鎂、鋁鋅及其他元素為特征元素的系列鋁合金。鑄造鋁合金分為 鋁銅、鋁硅、鋁鎂、鋁鋅系列。其主要合金元素為特征元素，按照特征元素法，鋁合金牌號分 類框圖如圖4、圖5;3)鈦合金材料牌號判定除去工業(yè)純鈦和海綿鈦，鈦合金可以分為兩大類第一大類為鈦鋁合金、鈦鉬合金 及鈦鈀合金，其合金元素只有鋁、鉬或鈀，稱為單組分鈦合金；第二類除了合金元素鋁或鉬 外，還有一種或多種合金元素存在，稱為多組分鈦合金。有鈦鋁錳、鈦鋁礬、鈦鋁錳和鈦鋁錫 四類，但是這些組分之間存在交叉現(xiàn)象。按照特征元素法，鈦合金牌號分類框圖如圖6 ；4)銅合金材料牌號判定由銅和鋅組成的合金稱為普通黃銅。在普通黃銅中加入其它合金元素所組成的多 元合金稱為黃銅。常加入的元素有鉛、錫、鋁等，相應(yīng)地可稱為鉛黃銅、錫黃銅、鋁黃銅；以 鎳為主要添加元素的銅基合金呈銀白色，稱為白銅。鎳含量通常為10^^15^^20%,含量 越高，顏色越白。銅鎳二元合金稱普通白銅，加錳、鐵、鋅和鋁等元素的銅鎳合金稱為復(fù)雜白 銅；除黃銅白銅外，其余的銅的合金統(tǒng)稱青銅，青銅又可分為錫青銅和特殊青銅(即無錫青 銅)兩類。錫為主加元素的銅錫合金，也稱為錫青銅，加入其它元素以取代錫，或?yàn)闊o錫青 銅，多數(shù)為特殊青銅。其合金元素為特征元素，按照特征元素法，銅合金牌號分類框圖如圖 7 ；2.金屬材料的表面前處理結(jié)合表面處理狀況確定材料牌號，對于影響測量的表面處理作相應(yīng)的前處理。鑒 定的材料牌號按照基體不同可分為鋼、鈦合金、鋁合金和銅合金。在測試時(shí)，需要根據(jù)情況 對表面進(jìn)行一定處理，如果不處理直接測試，會影響對基體牌號的判斷。1)鋼的表面處理鋼的表面處理包括表面淬火和化學(xué)熱處理，其中化學(xué)熱處理會影響表面化學(xué)成分，常見的有、滲碳、滲氮、碳氮共滲以及滲硼、鋁、鉻、硅等。鋼的表面處理還有磷化、涂鍍 層，比如涂漆、鍍鉻鈦、鋅、鎳、鉻、鎘、錫等，鍍鎳鋼件顏色較暗，鍍鉻零件顏色類似不銹鋼較 亮。測試時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)上述元素異常高，需要使用砂紙或砂輪打磨樣品表面，特別是鍍鎳、鉻 較厚，需要觀察數(shù)據(jù)變化。一般來講如果直接測量零件表面，數(shù)據(jù)顯示大部分是鎳、鉻元素， 而這些成分隨著打磨深度的增加變少，直至恒定，這時(shí)測試數(shù)據(jù)才為基體材料數(shù)據(jù)。2)鋁合金的表面處理鋁合金的表面處理包括陽極化、包鋁、涂漆等。包鋁、涂漆影響測試數(shù)據(jù)，需要使用 砂紙打磨或者使用脫漆劑除去漆層、包鋁層再測試。3)鈦合金的表面處理為了提高和改善鈦合金的使用特性，需要對其表面進(jìn)行表面處理，一般會進(jìn)行化 學(xué)處理、陽極氧化處理、化學(xué)鍍及電鍍、微弧氧化、電泳沉淀和納米電沉淀等，一般不影響測 試數(shù)據(jù)。4)銅合金的表面處理為了提高提高和改善銅合金的使用特性，需要對其表面進(jìn)行表面處理，一般會進(jìn) 行電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂、化學(xué)氣相沉淀、沉積堆焊、鑄滲、氧化、著色及溶膠-凝膠等表面涂 覆一般不影響測試數(shù)據(jù)。3.小點(diǎn)模式的應(yīng)用對于焊縫類儀器探頭不能直接接觸的測量部位或者零件小于探頭大小，需使用小 點(diǎn)模式，便攜式X射線熒光光譜儀(XLt-898)特有的小點(diǎn)模式可以把分析能力集中在3mm 大小的樣品上，以提高分析精度。實(shí)施例本項(xiàng)目采用特征元素、儀器測量與材料使用特征相結(jié)合的綜合判斷方法。使用便 攜式X射線熒光光譜儀(XLt-898)和便攜式光電直讀光譜儀(X-MET8000)，其中以便攜式X 射線熒光光譜儀為主、便攜式光電直讀光譜儀為輔。確定各待鑒定金屬材料牌號的特征元 素、對待鑒定金屬材料進(jìn)行表面處理、結(jié)合材料使用部位、用途、鑄造狀態(tài)、材料的表面處理 情況綜合分析，最終達(dá)到判定材料牌號的目的。詳細(xì)工作內(nèi)容共包括三部分內(nèi)容，確定各待鑒定金屬材料牌號的特征元素、金屬 材料的表面前處理、測量待鑒定金屬材料，具體內(nèi)容如下1.結(jié)合各牌號特征元素確定材料牌號1)鋼牌號判定鋼的牌號按照化學(xué)成分的不同可分為碳素鋼、中低合金鋼(合金元素< 10% )和 合金鋼(> 10% )。其主要合金元素為特征元素，按照特征元素法，碳素鋼、中低合金鋼、合 金鋼分類框圖如圖1、圖2、圖3;2)鋁合金材料牌號判定鋁合金分為變形(加工)鋁合金和鑄造鋁合金兩個(gè)大類。變形鋁合金中分為鋁 銅、鋁錳、鋁硅、鋁鎂、鋁硅鎂、鋁鋅及其他元素為特征元素的系列鋁合金。鑄造鋁合金分為 鋁銅、鋁硅、鋁鎂、鋁鋅系列。其主要合金元素為特征元素，按照特征元素法，鋁合金牌號分 類框圖如圖4;3)鋁合金分為變形(加工)鋁合金和鑄造鋁合金兩個(gè)大類。變形鋁合金中分為鋁銅、鋁錳、鋁硅、鋁鎂、鋁硅鎂、鋁鋅及其他元素為特征元素的系列鋁合金。鑄造鋁合金分為 鋁銅、鋁硅、鋁鎂、鋁鋅系列。其主要合金元素為特征元素，按照特征元素法，鋁合金牌號分 類框圖如圖5;4)鈦合金材料牌號判定除去工業(yè)純鈦和海綿鈦，鈦合金可以分為兩大類第一大類為鈦鋁合金、鈦鉬合金 及鈦鈀合金，其合金元素只有鋁、鉬或鈀，稱為單組分鈦合金；第二類除了合金元素鋁或鉬 外，還有一種或多種合金元素存在，稱為多組分鈦合金。有鈦鋁錳、鈦鋁礬、鈦鋁錳和鈦鋁錫 四類，但是這些組分之間存在交叉現(xiàn)象。按照特征元素法，鈦合金牌號分類框圖如圖6 ；由銅和鋅組成的合金稱為普通黃銅。在普通黃銅中加入其它合金元素所組成的多 元合金稱為黃銅。常加入的元素有鉛、錫、鋁等，相應(yīng)地可稱為鉛黃銅、錫黃銅、鋁黃銅；以 鎳為主要添加元素的銅基合金呈銀白色，稱為白銅。鎳含量通常為10^^15^^20%,含量 越高，顏色越白。銅鎳二元合金稱普通白銅，加錳、鐵、鋅和鋁等元素的銅鎳合金稱為復(fù)雜白 銅；除黃銅白銅外，其余的銅的合金統(tǒng)稱青銅，青銅又可分為錫青銅和特殊青銅(即無錫青 銅)兩類。錫為主加元素的銅錫合金，也稱為錫青銅，加入其它元素以取代錫，或?yàn)闊o錫青 銅，多數(shù)為特殊青銅。其合金元素為特征元素，按照特征元素法，銅合金牌號分類框圖如圖 7 ；2.金屬材料的表面前處理及牌號判定結(jié)合表面處理狀況確定材料牌號，對于影響測量的表面處理作相應(yīng)的前處理。鑒 定的材料牌號按照基體不同可分為鋼、鈦合金、鋁合金和銅合金。在測試時(shí)，需要根據(jù)情況 對表面進(jìn)行一定處理，如果不處理直接測試，會影響對基體牌號的判斷。1)鋼的表面處理及牌號判定鋼的表面處理包括鍍鋅、磷化、涂漆。先使用脫漆劑把表面漆除去，露出基體面再 測量。比如30x r A，特征元素為Cr、Mn，先使用脫漆劑把表面漆除去，露出基體面，再測量 使用便攜式X射線熒光光譜儀(XLt-898)測試，結(jié)果如下=Zn :65. 03、Cr :0. 83、Mn :0. 56 ； Fe 32. 50 ；判斷有鍍鋅的可能，使用砂輪打磨后測試，Zn :15. 08、Cr :0. 74、Mn :0. 66 ；Fe 83. 49 ；確定是鍍鋅，再次使用砂輪打磨后測試=Zn :0. 23、Cr :0. 93、Mn :0. 94 ；Fe :97. 23 ；對 比1中低合金鋼特征元素為Cr、Mn的鋼有30x r A、3h r c Jl，結(jié)合使用部位，是45框上、下 半框的對接螺栓，30x r A適用于制造航空重要鍛件、機(jī)械加工零件、鈑金件和焊接件，所以 判斷如下表1鋼判定例
權(quán)利要求
1.一種快速、無損鑒定金屬材料牌號的方法，其特征是，(1)將金屬材料手冊按照合金元素分類，并制訂合金元素分類框圖；(2)對被鑒定材料進(jìn)行表面處理，1)被鑒定材料為鋼的表面處理用便攜式X射線熒光光譜儀判斷將鋼表面涂鍍層的數(shù)據(jù)，去除鋼表面涂鍍層，反復(fù)測 量去除鋼表面數(shù)據(jù)，直至鋼表面數(shù)據(jù)恒定；2)被鑒定材料為鋁合金的表面處理用便攜式X射線熒光光譜儀判斷將鋁合金表面涂鍍層的數(shù)據(jù)，去除鋁合金表面涂鍍 層，反復(fù)測量去除鋁合金表面數(shù)據(jù)，直至鋁合金表面數(shù)據(jù)恒定；3)被鑒定材料為鈦合金的表面處理用便攜式X射線熒光光譜儀判斷將鈦合金表面涂鍍層的數(shù)據(jù)，去除鈦合金表面涂鍍 層，反復(fù)測量去除鈦合金表面數(shù)據(jù)，直至鈦合金表面數(shù)據(jù)恒定；4)被鑒定材料為銅合金的表面處理用便攜式X射線熒光光譜儀判斷將銅合金表面涂鍍層的數(shù)據(jù)，去除銅合金表面涂鍍 層，反復(fù)測量去除銅合金表面數(shù)據(jù)，直至銅合金表面數(shù)據(jù)恒定；(3)使用便攜式X射線熒光光譜儀或便攜式光電直讀光譜儀對被鑒定金屬材料基體進(jìn) 行測量，得到基體材料的元素含量數(shù)據(jù)；(4)用便攜式X射線熒光光譜儀或便攜式光電直讀光譜儀測得的基體材料的元素含量 數(shù)據(jù)與合金元素分類框圖進(jìn)行比較，得到金屬材料牌號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速、無損鑒定金屬材料牌號的方法，其特征是，所述的 合金元素分類是將合金按照主量元素基體分類，分為鋼、鋁、鈦、銅，再將鋼分為的碳素鋼、 中低合金鋼、合金鋼，再將鋁合金分為鋁銅、鋁錳、鋁硅、鋁鎂、鋁硅鎂、鋁鋅及其他元素，再 將鈦合金分為兩大類第一大類為鈦鋁合金、鈦鉬合金及鈦鈀合金，第二類為鈦鋁錳、鈦鋁 礬、鈦鋁錳和鈦鋁錫，再將銅合金分為黃銅、白銅和青銅，黃銅分為鉛黃銅、錫黃銅、鋁黃銅； 白銅分為普通白銅和復(fù)雜白銅；青銅可分為錫青銅和特殊青銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速、無損鑒定金屬材料牌號的方法，其特征是，所述的 合金元素分類框圖按照合金元素類別及合金元素含量制訂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種快速、無損鑒定金屬材料牌號的方法，其特征 是，所述的用便攜式X射線熒光光譜儀或便攜式光電直讀光譜儀測得的基體材料的元素含 量數(shù)據(jù)與合金元素分類框圖進(jìn)行比較，得到金屬材料牌號為兩種以上時(shí)，結(jié)合被鑒定金屬 材料的使用部位，鑒定金屬材料牌號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種快速、無損鑒定金屬材料牌號的方法，其特征 是，采用所述的便攜式X射線熒光光譜儀的小點(diǎn)功能模式測量被鑒定金屬材料的焊縫或直 徑小于Φ 12的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明屬于合金元素分析技術(shù)，涉及一種快速、無損鑒定金屬材料牌號的方法。本發(fā)明采用儀器測量與特征元素、材料使用部位特征相結(jié)合的綜合判斷方法，通過金屬材料的特征元素法可以迅速、有效的確定四種基體的金屬材料牌號。對于有些單一靠測量數(shù)據(jù)無法判斷的牌號，使用部位可作為重要參考。本發(fā)明可以不與被測樣品接觸，將可將儀器的測量界面集中到3mm的樣品上，小點(diǎn)模式的應(yīng)用解決了難以直接測量的焊縫、小樣品等問題。本發(fā)明測定的元素種類多、測定范圍寬。本發(fā)明為現(xiàn)場牌號鑒別的發(fā)展提供了可行、高效的模式。
文檔編號G01N23/223GK102121909SQ20101057606
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者宋曉輝, 高頌 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院