電線(xiàn)金屬絲化學(xué)成分的能譜分析法

蔣兵　馬琨巖　王勇軍

【摘 要】隨機(jī)抽取市場(chǎng)上出售的三種不同規(guī)格的電線(xiàn)，用牛津能譜儀對(duì)其材料的化學(xué)成分進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明三種電線(xiàn)是三種不同的材料制成，分別是黃銅、鋁和鐵，并且其材料表面鍍了一層純度很高的銅。與其他化學(xué)成分檢測(cè)方法相比，能譜法不破壞金屬材料的結(jié)構(gòu)，所需樣品少，檢測(cè)速度快，分析結(jié)果準(zhǔn)確。

【關(guān)鍵詞】檢驗(yàn)方法；樣品的制備

0.前言

金屬材料廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)方面，對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著非常重要的作用。人類(lèi)文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步同金屬材料關(guān)系十分密切。繼石器時(shí)代之后出現(xiàn)的銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代，均以金屬材料的應(yīng)用為其時(shí)代的顯著標(biāo)志。現(xiàn)代，種類(lèi)繁多的金屬材料已成為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。

不同金屬材料的性能不同，如常見(jiàn)的鋼、銅和鋁等金屬材料，它們的硬度和力學(xué)性能均不同，因此其應(yīng)用的范圍也不同。由于銅具有較低的電阻及較好的電傳輸性能，因此在電線(xiàn)電纜的制造中用銅金屬作為原料。電線(xiàn)電纜是用戶(hù)在用電過(guò)程中必不可少的材料，其質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到千家萬(wàn)戶(hù)的用電安全。因此，在購(gòu)買(mǎi)或選用時(shí)，如何快速、準(zhǔn)確檢查電線(xiàn)（補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，補(bǔ)償電纜，屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，屏蔽補(bǔ)償電纜，耐高溫補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，耐高溫補(bǔ)償電纜，計(jì)算機(jī)屏蔽電纜，K型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，S型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)等電線(xiàn)電纜）質(zhì)量的好壞，是廣大電工及用戶(hù)必須掌握的技能。

作為質(zhì)檢系統(tǒng)，有職責(zé)任對(duì)市場(chǎng)上的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督和檢驗(yàn)。在例行市場(chǎng)抽檢的過(guò)程中，針對(duì)市場(chǎng)上存在的大量的電線(xiàn)電纜，隨機(jī)抽取了三種不同規(guī)格的電線(xiàn)，拿回質(zhì)檢所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.檢驗(yàn)方法的選擇

對(duì)金屬材料化學(xué)元素成分的檢測(cè)方法有很多，主要有化學(xué)法和儀器法。針對(duì)不同的產(chǎn)品，選擇合適的方法進(jìn)行檢測(cè)。由于化學(xué)方法制樣比較復(fù)雜，因此現(xiàn)在一般都采用儀器法。儀器法檢測(cè)金屬材料化學(xué)成分最常用的方法有濕法和干法兩種：濕法常用的有化學(xué)滴定法、分光光度法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子發(fā)射光譜法等；干法常用的有火花源發(fā)射光譜法、手持X射線(xiàn)熒光光譜法、能譜法等；濕法的前提是將材料溶化配成溶液再進(jìn)行檢測(cè)，這對(duì)取樣的要求和樣品制備過(guò)程很?chē)?yán)格，操作過(guò)程中對(duì)分析結(jié)果影響很大，而且分析速度慢，不確定度高。并且由于制樣會(huì)對(duì)樣品的組織結(jié)構(gòu)造成破壞，會(huì)造成對(duì)其結(jié)構(gòu)檢測(cè)或者留樣復(fù)檢等造成影響；干法檢測(cè)則只需要取材料的一塊固體樣品，檢測(cè)后不會(huì)對(duì)樣品造成破壞?；鸹ㄔ窗l(fā)射光譜法和手持X射線(xiàn)熒光光譜法是使用激發(fā)源在樣品表面激發(fā)，通過(guò)檢測(cè)激發(fā)信號(hào)來(lái)檢測(cè)其化學(xué)成分，其激發(fā)范圍一般在1平方厘米左右，尤其是火花源發(fā)射光譜法，在檢測(cè)完材料后會(huì)在材料表面留下一個(gè)很大的激發(fā)痕跡，因此用火花源發(fā)射光譜儀、手持X射線(xiàn)熒光光譜儀需要金屬材料有一個(gè)較大較平的表面，如果是粉末狀或金屬絲狀的材料，則需要進(jìn)行高溫熔煉或其他復(fù)雜的制樣過(guò)程，這樣比化學(xué)法檢測(cè)更為復(fù)雜。而本次抽取的電線(xiàn)，其金屬絲都非常細(xì)，因此用火花源發(fā)射光譜法、手持X射線(xiàn)熒光光譜法不合適。能譜分析也是干法分析的一種，但能譜儀分析元素的最大特點(diǎn)是微曲分析，最小可以對(duì)選定的幾個(gè)平方納米的區(qū)域進(jìn)行元素成分分析。因此用能譜儀分析金屬絲的主要化學(xué)成分是最佳選擇[2]。

能譜儀（Energy Dispersive Spectrometer）是用來(lái)對(duì)材料微區(qū)成分元素種類(lèi)與含量分析，配合掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡的使用。其最大的缺點(diǎn)是設(shè)備比較貴，一般的實(shí)驗(yàn)室可能沒(méi)有這么昂貴的設(shè)備。

2.樣品的制備

將電線(xiàn)皮剝開(kāi)，用小鉗子或者剪子將電線(xiàn)剪下長(zhǎng)度在3mm左右的小塊，標(biāo)好記號(hào)。用導(dǎo)電膠帶將電線(xiàn)粘在掃描電子顯微鏡專(zhuān)業(yè)樣品座上，放入樣品倉(cāng)中，準(zhǔn)備分析樣品。

3.結(jié)果與分析

調(diào)節(jié)設(shè)備的參數(shù)，對(duì)電線(xiàn)金屬絲進(jìn)行檢測(cè)。選擇掃描電子顯微鏡加速電壓為20KV，工作距離為10mm，對(duì)銅絲的截面進(jìn)行觀察，其形貌如圖1。

圖1 金屬絲的截面結(jié)構(gòu)

圖1是金屬絲的截面結(jié)構(gòu)，其中標(biāo)注譜圖1處是準(zhǔn)備做能譜分析的區(qū)域。其能譜圖如圖2。

圖2 金屬絲的能譜圖

圖2是樣品的能譜圖，其中橫坐標(biāo)是激發(fā)的X射線(xiàn)能量，單位是KeV，不同元素激發(fā)特征峰的位置不同，據(jù)此計(jì)算機(jī)軟件根據(jù)橫坐標(biāo)的位置定性的判斷是何種元素；縱坐標(biāo)是強(qiáng)度，根據(jù)強(qiáng)度大小計(jì)算各種元素的含量[3]。從圖2中可以看出，金屬絲的主要化學(xué)成分是Al，含有少量的Mg，Cu和Fe元素。其中Al的含量高達(dá)96%。而同時(shí)用能譜儀檢測(cè)該金屬絲表面（非截面）的化學(xué)成分，結(jié)果顯示其表面的化學(xué)元素主要是Cu，含量高達(dá)98%。因此可以斷定該金屬絲是鋁絲表面鍍了一層銅。由于鋁不適合做電線(xiàn)，而且還在表面鍍了一層純銅，因此可以判斷該電線(xiàn)是不合格產(chǎn)品。

對(duì)另外2根電線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果是：只有一根電線(xiàn)化學(xué)元素是Cu和Zn，也就是黃銅材料，另外一根電線(xiàn)的化學(xué)元素主要是Fe，并且其表面鍍了一層銅。

4.結(jié)論

選用能譜儀對(duì)電線(xiàn)金屬絲進(jìn)行化學(xué)成分的檢測(cè)相對(duì)其他方法快速方便，其缺點(diǎn)是設(shè)備太貴。檢測(cè)結(jié)果表明三種不同的電線(xiàn)金屬絲其化學(xué)成分不同，分別是黃銅、鋁和鐵金屬材料。因此廣大消費(fèi)者在購(gòu)買(mǎi)電線(xiàn)電纜產(chǎn)品時(shí)要注意辨明產(chǎn)品質(zhì)量好壞，盡量選擇正規(guī)公司的產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)有假劣偽冒產(chǎn)品及時(shí)向工商部門(mén)或者質(zhì)檢部門(mén)反應(yīng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉培生，李鐵藩，傅超.多孔金屬材料的應(yīng)用[J].功能材料，2001（01）.

[2]宓小川.X射線(xiàn)衍射能譜法測(cè)定金屬板材織構(gòu)[J].寶鋼技術(shù)，2005（S1）.

[3]楊化宇，寇艷麗，郭海霞等.能譜儀在金屬封裝器件外觀檢測(cè)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室管理，2009（6）.