鋁合金材料檢測技術(shù)探析

史曉惠

摘要：由于鋁合金在生產(chǎn)中經(jīng)常會出現(xiàn)不同類型的缺陷，如裂紋、氣孔、斑點及成分、雜質(zhì)夾層等表面及內(nèi)部缺陷，所以需要應用不同類型的檢測技術(shù)來檢測鋁合金缺陷。表面缺陷可以通過肉眼和知識經(jīng)驗判斷，內(nèi)部缺陷則需要通過設備來檢測。如何通過設備和知識經(jīng)驗快速有效的檢測鋁合金缺陷，這是作為一個檢測員日后工作中必須要著手解決的重點內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：鋁合金;缺陷;檢測技術(shù)

1 概述

1.1 鋁合金簡析

鋁是一種密度小、熔點低的面心立方結(jié)構(gòu)金屬，其具有較強的塑性，加工便捷，能夠制成多種形式的型材和板材，具有良好的耐腐蝕性。但是鋁的強度較低，不能將其當作結(jié)構(gòu)材料。在長期生產(chǎn)和科學實驗的過程中，人們在鋁中加入了其他金屬，同時還應用了熱處理的方式提高了鋁的強度，因此市面上出現(xiàn)了多種鋁合金。在鋁中添加不同的元素能夠使其具備輕質(zhì)的優(yōu)勢，同時也大大提高了材料的強度，故此其也成為在航天、工業(yè)、軍事等諸多領域廣泛應用的一種金屬材料。

鋁合密度小，強度高，與優(yōu)質(zhì)鋼相比無明顯差異，具有較高的塑性，能夠加工成多種形式的材料，在導電性、導熱性以及抗腐蝕性等方面都存在著非常明顯的優(yōu)勢。所以工業(yè)生產(chǎn)中鋁合金的使用量僅次于鋼的使用量。部分鋁合金能夠在經(jīng)過熱處理之后擁有良好的機械性能，且其物理性能和抗腐蝕性能也得到顯著提升。

1.2 鋁合金國家標準分析

國家頒布的鋁合金標準較多，但整體來說應用最為廣泛的主要有四個，其分別為：GB/T15115鋁合金壓鑄國家標準、GB/T3880軋制板材性能國家標準、GB/T1173鑄造鋁合金國家標準、GB5237鋁合金建筑型材國家標準。上述三項標準對壓鑄、鑄造和建筑型材方面都有著較為嚴格的規(guī)定。

2 鋁合金材料缺陷分析

2.1 產(chǎn)生原因

鋁合金生產(chǎn)中經(jīng)常會出現(xiàn)不同類型的缺陷，而造成缺陷的原因也具有較為明顯的多樣性特征，如潤滑劑或氧化皮雜質(zhì)在鍛造環(huán)節(jié)混入材料當中，進而在材料中形成了雜質(zhì)夾層。同時也有可能由于多項工藝參數(shù)得不到有效的控制，進而使鋁合金材料出現(xiàn)明顯的裂紋和起層等不同形式的質(zhì)量缺陷。缺陷類型主要為裂紋、針孔、氣孔、縮孔和偏離等，也正是由于上述缺陷，鋁合金物理性能、力學性能都發(fā)生了較大變化，鋁合金材料的使用性能也因此受到一定影響。

2.2 缺陷的特點

首先，鋁合金材料的質(zhì)量缺陷具有較強的隱蔽性，用肉眼無法檢驗，通常需要專業(yè)的設備儀器完成檢驗，而且要求檢驗的人員具備較強的專業(yè)能力和較為豐富的專業(yè)知識。

3.鋁合金材料檢測技術(shù)方法

3.1熒光分析法

1.原理：當有些物質(zhì)受到光照射時，會發(fā)射出比原來吸收波長稍長的光;當光照射停止時，這種光線也隨即消失，這種光稱為熒光。通過測定分子所發(fā)射熒光的特征和強度，對物質(zhì)進行定性、定量的分析。固定熒光波長，以激發(fā)光波長為橫坐標，熒光強度為縱坐標，可繪制物質(zhì)的激發(fā)光譜;固定激發(fā)光波長和強度，以熒光波長為橫坐標，熒光強度為縱坐標，可繪制物質(zhì)的熒光光譜。激發(fā)光譜和熒光光譜可用于對物質(zhì)進行定性分析，也可用于熒光測定時激發(fā)波長和測量波長的選擇。

2.熒光效率

（1）具有長共軛結(jié)構(gòu)的物質(zhì)具有較高的熒光效率。（2）分子的剛性和平面性可使熒光效率提高。（3）各種取代基對熒光效率有很大影響，吸電子取代基使熒光效率降低，而斥電子取代基使熒光效率提高。

3.測量儀器：熒光計或熒光分光光度計，一般由光源、單色器、樣品池，檢測器和讀數(shù)裝置等元件組成。熒光分光光度計的光源的強度大;有兩個單色器，一個用于選擇激發(fā)光波長，另一單色器用于選擇熒光測量波長，兩單色器光路成90°角。

4.步驟：先選用一定濃度的熒光標準物質(zhì)置于光路中，將其熒光強度讀數(shù)調(diào)到一個確定值。再配置不同濃度的鋁及鋁合金溶液置于光路中，測出其熒光強度。繪制出曲線。

5.數(shù)據(jù)處理：根據(jù)測定的不同的熒光強度，繪制出曲線。參照熒光的強度對物質(zhì)成分進行定性和定量的分析。

3.2化學分析法

鋁合金中常見的合金元素有銅、鎂、錳、鋅、硅，個別鋁合金還含有鎳、鉻、鈦、鈹、鋯、硼及稀土。鋁及合金經(jīng)常分析的元素有鋁、鐵、銅、鎂、鋅、硅、錳等，其他微量元素一般很少分析測定。

1.溶解：用NaOH+HN03溶解試樣：先用20%一30%NaOH溶解到不再溶時，再加入。

2.測定方法：鋁是主體元素，金屬鋁中鋁含量在97%以上，鑄造鋁合金中鋁含量為80%左右，變形鋁中鋁含量通常為90%左右。鋁的測定方法一般采用EDTA置換滴定法或氟化鉀酸堿滴定法。EDTA置換滴定法：試樣經(jīng)酸溶解后，加入過量EDTA，調(diào)節(jié)pH值為3～4，煮沸2—3min。在pH值為5—6緩沖溶液中用銅標液回滴至終點。加入置換出與鋁絡合的EDTA，在煮沸溫度下再用銅標液滴定。第二次滴定所消耗的銅的物質(zhì)的量即為鋁的物質(zhì)的量。用六次甲基四胺為緩沖溶液，PAN為指示劑，終點明顯，結(jié)果較準確。

（1）EDTA置換滴定法原理：與EDTA絡合反應速度慢，不能用EDTA直接滴定。本測定采用置換滴定法。首先加入過量的EDTA溶液（不必定量），調(diào)節(jié)pH值為3.5左右（用甲基橙指示劑指示），煮沸2～3min，使與EDTA完全絡合。同時其他干擾離子也與EDTA進行反應。取下調(diào)節(jié)pH值為5—6（用六次甲基四胺），用PAN為指示劑，趁熱用銅標液滴定至終點。此時，加人適量，利用與生成更穩(wěn)定絡合物這一性質(zhì)，置換出與等物質(zhì)量的EDTA。經(jīng)加熱煮沸后，再用銅標液滴定。

（2）試劑：氫氧化鈉（固體）、30%過氧化氫溶液、鹽酸硝酸混合酸：在500mL水中加HCl400mL、加HNO，100mL，混勻、1：1鹽酸、1：1氨水、0.1%甲基橙指示劑水溶液、pH值為5.5的20%的六次甲基四胺緩沖溶液、PAN指示劑0.1%乙醇溶液、0.02mol/LEDTA溶液、0.02mol/LCuS標準溶液：1）配制：稱59CuS·5O，于1000mL大燒杯中，加1：12—3滴，蒸餾水溶解并稀釋為1L。2）標定：吸取25.00mL已標定過的EDTA標準溶液于錐形瓶內(nèi)，加水50mL，加10mL六次甲基四胺緩沖溶液，加熱至80—90°C，滴入3—4滴PAN指示劑，趁熱用CuS滴定至由綠色變?yōu)樽仙珵榻K點。

3測定步驟：準確稱取試樣0.25g于塑料燒杯中，加入NaOH（固體）4g，水15mL，于沸水浴中加熱溶解。流水冷卻后，慢慢傾人盛有100mL鹽硝混合酸的燒杯中。加10滴，繼續(xù)加熱煮沸1min。取下冷卻，移人250mL容量瓶中，用水定容搖勻。吸取試液50.00mL于300mL錐形瓶中，加水50mL，加0.02mol/LEDTA25mL。滴加甲基橙1～2滴，用1：1HCl或氨水調(diào)節(jié)pH變?yōu)槌壬?，加熱煮?～3min。取下，立即加入六次甲基四胺緩沖溶液10mL和4～6滴PAN指示劑，趁熱用CuSO。標液滴定，滴至顏色由綠色變成紫色為第一終點（不計體積）。加入lg，繼續(xù)加熱煮沸2min，補加3—4滴PAN指示劑，將滴定管中CuS標液加滿至“0”刻度，繼續(xù)滴定到第二終點，記下所消耗的CuS標液體積V。

4.數(shù)據(jù)處理：根據(jù)上面做的實驗，記錄數(shù)據(jù)，代入公式計算出鋁的含量。

結(jié)束語

結(jié)合上述，為了更加科學合理的應用鋁合金材料，應不斷推動檢測技術(shù)的創(chuàng)新，并積極應用新型的檢測技術(shù)，從而保證檢測的精確性和科學性，推動檢測技術(shù)的不斷前進。

參考文獻：

[1] 王戰(zhàn)武，韋艷琴.鋁合金材料檢測技術(shù)探析[J].中國科技博覽，2011，（36）：451.

[2] 張錦柱.工業(yè)分析化學[M].冶金工業(yè)出版社，2008.8.

（作者單位：新疆眾和股份有限公司）