趙同新1,崔會(huì)杰2,孫友寶1,黃濤宏1

[1.島津企業(yè)管理(中國)有限公司 上海分析中心,上海 200233; 2.島津企業(yè)管理(中國)有限公司 北京分析中心,北京 100020]

摘 要:采用校準(zhǔn)曲線法對(duì)低合金鋼中常見的微量元素 Mn和Si進(jìn)行電子探針微區(qū)定量測試和 不確定度計(jì)算。結(jié)果表明:取包含因子k=2時(shí),試樣中 Mn元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%,擴(kuò)展不確定 度為0.0048%;Si元素的質(zhì)量分數(shù)為1.36%,擴(kuò)展不確定度為0.042%。

關(guān)鍵詞:低合金鋼;低含量元素;電子探針顯微分析;校準(zhǔn)曲線法;不確定度 中圖分類號(hào):TB31;TH841;O213.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1001-4012(2022)11-0025-03

電子探針顯微分析儀(EPMA)在金屬行業(yè)中 應(yīng)用廣泛[1],一般使用 ZAF理論修正模型進(jìn)行微 區(qū)定量計(jì) 算[2-3]。ZAF 理 論 修 正 模 型 由 原 子 序 數(shù) 效應(yīng)(Z,包括背散射效應(yīng)和基 體 阻 礙 能 兩 部 分)、 吸收效應(yīng)(A)和熒光效應(yīng)(F)構(gòu)成。對(duì)于低含量元 素,特別是在 基 體 中 主 量 元 素 可 能 會(huì) 對(duì) 低 含 量 元 素產(chǎn)生嚴(yán)重干擾 的 情 況 下,ZAF 理 論 修 正 模 型 中 的修正量 會(huì) 很 大,導(dǎo) 致 定 量 分 析 的 誤 差 變 大。因 此,可以使用 校 準(zhǔn) 曲 線 法 對(duì) 鋼 中 低 含 量 合 金 元 素 進(jìn)行定量計(jì)算。校準(zhǔn)曲線法采用一系列元素含量 呈梯度變化的標(biāo)準(zhǔn)試樣,建立了元素含量和特征 X 射線計(jì)數(shù)強(qiáng) 度 之 間 的 對(duì) 應(yīng) 關(guān) 系 曲 線,該 曲 線 可 用 于基體效應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)試樣相同或類似的待測試樣定 量轉(zhuǎn)換。 在 GB/T17360—2020《微束分析 鋼中低含量 硅、錳的電子探針定量分析方法》中給出了低含量元 素的測試方法,但其中存在一些待商榷的技術(shù)細(xì)節(jié), 如在用測試低含量 Mn,Si元素相同的測試條件測 試純物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)試樣的 Mn,Si元素含量時(shí),計(jì)數(shù)器存 在飽和及死時(shí)間問題,且引入計(jì)數(shù)強(qiáng)度比參與計(jì)算 會(huì)帶 來 更 多 的 傳 遞 誤 差。 針 對(duì) 上 述 問 題,依 據(jù) GB/T15247—2008《微束分析 電子探針顯微分析 測定鋼中碳含量的校正曲線法》,筆者結(jié)合了 GB/T 17360—2020,GB/T 15247—2008 兩 個(gè) 標(biāo) 準(zhǔn) 的 優(yōu) 點(diǎn) 度 , 計(jì) 給 算 出 的 了 可 鋼 行 中 方 低 法 含 。

1 測試方法

取一套基體類似、各元素含量不同的低合金鋼 標(biāo)準(zhǔn)試樣5個(gè),用于建立校準(zhǔn)曲線。待測試樣經(jīng)導(dǎo) 電樹脂熱鑲嵌后,使用不同粒度砂紙對(duì)表面進(jìn)行機(jī) 械磨制,然后分別使用3,6,9μm 等粒徑的金剛石 懸 浮 拋 光 劑 進(jìn) 行 拋 光 處 理。 測 試 儀 器 為 島 津 EPMA-1720H 型 EPMA。加速電壓為20kV,電子 束流為0.20μA,束斑直徑為30μm。

2 校準(zhǔn)曲線的建立

使用低合金鋼標(biāo)準(zhǔn)試樣建立校準(zhǔn)曲線,標(biāo)準(zhǔn)試 樣中 Mn元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.660%,1.040%, 1.500%,0.255%,0.006%,Si元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別 為0.233%,0.390%,0.740%,0.067%,0.008%。在 每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試樣上隨機(jī)選擇10個(gè)無污染的區(qū)域,采集 Mn,Si元素的特征 X射線計(jì)數(shù)強(qiáng)度,測量結(jié)果分別 如表1,2所示,去掉最大值和最小值后,取平均值建 立校準(zhǔn)曲線(見圖1)。

從圖1可以看出,Mn,Si元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和特 征 X 射 線 計(jì) 數(shù) 強(qiáng) 度 具 有 很 好 的 線 性 關(guān) 系。根 據(jù) GB/T15247—2008附錄 A,計(jì)算可得 Mn,Si元素 的質(zhì)量分數(shù)(w)和特征 X 射線計(jì)數(shù)強(qiáng)度(I)的關(guān)系 分別如式(1),(2)所示。 IMn =515.54wMn +347376.17 (1) ISi=46.63wSi+108737.49 (2)

3 定量測試結(jié)果及不確定度計(jì)算

3.1 定量測試結(jié)果

在待測試樣上隨機(jī)選擇3個(gè)點(diǎn),分別測量 Mn, Si元素的特征 X 射線計(jì)數(shù)強(qiáng)度,結(jié)果如表3所示。 將 Mn,Si元素的特征 X 射線計(jì)數(shù)強(qiáng)度平均值分別 代入式(1)和(2),可以得到 Mn和Si元素的質(zhì)量分 數(shù)分別為0.12%和1.36%。

3.2 不確定度

將表1,2中的數(shù)據(jù)代入 GB/T15247—2008附 錄 A 中的不確定度計(jì)算公式,得到待測試樣中不確 定度計(jì)算的相關(guān)數(shù)值如表4所示。由表4中的相關(guān)數(shù)值計(jì)算可得,待測試樣中 Mn元素的測量不確定 度為0.0024%,Si元素的測量不確定度為0.021%。

3.3 重復(fù)性

使用同一臺(tái)儀器,在同樣的測試條件和方法下, 對(duì)待測試樣進(jìn)行5組測試,每組3個(gè)測試點(diǎn),Mn和 Si元素質(zhì)量分數(shù)的測試結(jié)果分別如表5,6所示。 將表5,6中的數(shù)據(jù)代入JJF1059.1—2012 《測 量不確定度評(píng)定與表示》中的計(jì)算公式可得:Mn元 素5組測試值合并樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.00228,重 復(fù)性相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.00059;Si元素5組測 試值合并樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.00693,重復(fù)性相對(duì) 標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0018。

3.4 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2時(shí),Mn元素的擴(kuò)展不確定度 為0.0048%,Si元素的擴(kuò)展不確定度為0.042%. 在建立校準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)試樣中,Mn元素的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為 0.006% ~1.5%,Si元 素 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 0.008%~0.74%。在待測試樣中,Mn元素的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為0.12%,Si元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.36%,其中 待測試樣中Si元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超出了標(biāo)準(zhǔn)試樣中 Si元素的質(zhì)量分數(shù),這也是導(dǎo)致Si元素的擴(kuò)展不確 定度略大一些的原因。

4 結(jié)論

對(duì)于低合金鋼中低合金元素的電子探針微區(qū)定 量測試,使用標(biāo)準(zhǔn)試樣建立校準(zhǔn)曲線法是一種很好 的定量分析方法。各低含量合金元素在測試條件合 適的情況下,元素的質(zhì)量分數(shù)和特征 X 射線計(jì)數(shù)強(qiáng) 度具有很好的線性關(guān)系。 使用校準(zhǔn)曲線法對(duì)待測試樣進(jìn)行定量測試和測 量不確定度的計(jì)算,低含量元素的定量結(jié)果也有很 好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。取包含因子k=2時(shí),待測 試樣中 Mn元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%,擴(kuò)展不確定 度為0.0048%;Si元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.36%,擴(kuò)展 不確定度為0.042%。

來源：材料與測試網(wǎng)