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光电直读发射光谱法分析铝及铝合金的标准之间的差异

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&理圯睦验-圯莩分册PTCA(PART B: CHEM. ANAL.)

实验宠管理DOI： 10.11973 lhjy-hx202102010

光电直读发射光谱法分析铝及

铝合金的标准之间的差异

陆科呈，彭斐，郑许，兰标景(广西南南铝加T.有限公司，南宁530031)

中图分类号：0657.3 文献标志码：B 文章编号：100卜4020(2021)02-0152-0.1

光电直读发射光谱法因具有操作简单、多元素

同时分析、分析速率快、准确度高、重现性好、不易受

到污染、干扰小和成本低等1 2:优点.广泛应用于铝

及铝合金化学成分分析中。光电直读发射光谱法尤 其迎合企业生产过程中炉前、炉后快速化学成分分

析和调整的生产需要，光电直读发射光谱仪已经成

为铝制造企业不可或缺的检测设备之一。光电直读 发射光谱法基本原理是样品被火花光源激发.经人

射狭缝到达光栅上色散成光谱，作用在光电倍增管 或电荷耦合元件（C C D)检测器上产生光电流（即光

能转变为电能）。通过检测系统、计算机数模转换. 测出特征谱线的强度.然后准确计算出样品中各元

素的含量。由计算机程序控制完成分析的全部

过程。光电直读发射光谱法分析铝及铝合金常用 的标准主要为国家标准GB/T 7999 —2015《铝及铝

合金光电直读发射光谱分析方法》和美国标准 ASTM E1251-17a《铝及铝合金火花原子发射光谱

分析标准试验方法》，国外客户以及船级社认证、 Nadcap认证等国际认证一般要求使用ASTM

E1251-17a。

本文从标准之间的关系和适用范围、术语、方法

提要、分析参数、检测设备及其辅助设备、样品加工、 标准样品、工作曲线绘制、样品分析、报告数值修约、 精密度等方面对GB/T 7999 — 2015和ASTM E1251-17a的标准内容进行差异分析.并从实际检

测经验出发.简要讨论光电直读发射光谱法分析的

关键影响因素.以期为实验室检测更好地理解

收稿日期：2020-02-29基金项目：广西创新驱动发展专项资金项目（桂科 AA17204012.桂科AA17202007 >;南宁市科学研究与技术开发计 划项目（20191015)和使用这两个标准（尤其是ASTM E1251-17a)提供

帮助。

1标准内容差异

1.1标准之间的关系和适用范围GB/T 7999 — 2015 和 ASTM E1251-17a 并未

相互提及和参考、引用.是相互独立的两个检测标

准。两个标准中检测元素均以元素英文单词首字母 顺序排列，GB/T 7999 —2015适用于Sb、As、Ba等

28个元素的检测.ASTM E1251-17a适用于Sb、 As、Be等25个元素的检测，其检测范围差异见

表1。由表1可知：ASTM E1251-17a能测而GB/T

7999 —2015不能测的元素有Co,而GB/T 7999 — 2015能测ASTM E1251-17a不能测的元素有Ba、 Cd、Ce和Sc等4个元素：GB/T 7999 —2015整体上

检测范围的下限比ASTM E1251-17a低、检测范围

的上限比ASTM E1251-17a高，例如铝合金常测的 Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti 和 Zr 这 9 个兀素，

GB/T 7999 —2015检测范围的下限均为0.000 1%,

比ASTM E1251-17a检测范围的下限低一到两个

数量级。ASTM E1251-17fi检测范围的上限相对较 低.看起来不能满足高铜合金（如2219)、高镁合金 (如5059K高锌合金（如7055)等高合金牌号的检测

需求（国家标准GB/T 3190— 2008《变形铝及铝合 金化学成分》），但是，ASTM E1251-17a也声明适用

的检测范围可以根据设备的性能、所采用的特定元 素波长的光谱特性以及恰当的标准样品而扩展至更 高或者更低。因此.ASTM E1251-17a给出的检测

范围只是一个参考，具体的检测范围还应根据实验 室设备和实际条件而改变。另夕卜，ASTM E125卜

1 7a还特别强调不推荐使用光电直读发射光谱法检

• 152

•陆科呈.等：光电直读发射光谱法分析铝及铝合金的标准之间的差异

表1 GB/T 7999-2015和AST\1 P:丨25卜丨7a检测范围差异 Tab. 1 Difference of detection ranges of CB/T 7999-2015 and ASTM El251-17a

元素检测范围VL'/ %元素检测范围V.'/%

GB/T 7999-2015ASTM E1251-17aGB/T 7999-2015ASTM E1251-17a

Sb0.004 0〜0.500.001 〜0.003Li0.000 5 〜0.0100.000 3〜2.1

As0.006 0〜0.0500.001 〜0.006Mg0.000 1〜11.000.03 〜5_4

Ba0.000 1 〜0.005-Mn0.000 1 〜2.000.001 〜1.2

Be0•000 1 〜0.200.000 4〜0.24Ni0.000 1 〜3.000.005 〜2.6

Bi0.001 0 〜0.800.03 〜0.6P0.000 5〜0.005 00.003以上

B0.000 1 〜0.003 00•000 6〜0.009Sc0.050 〜0.30-

Cd0.000 1 〜0.030Si0.000 1 〜15.000.07 〜16

Ca0.000 1 〜0.005 00.000 2以上Na0.000 1 〜0.005 00.003 〜0.02

Ce0.050 〜0.60-Sr0.001 0 — 0.500.03以上

Cr0.000 1 〜0.500.001 〜0.23Sn0.001 0 〜0.500.03以上

Co—0.4以上Ti0.000 1 〜0.500.001 〜0.12

Cu0.000 1 〜11.000.001 〜5.5V0•000 1 〜0.200.002 〜0.022

Cia0.000 1 〜0.0500.02以上Zn〇.〇〇〇 1 〜n.oo0.002 〜5.7

Fe0.000 1〜5.000.2 〜0.5Zr0.000 1 〜0.500.001 〜0.12

Pb0.000 1 〜0.800.04 〜0.6

测Hg,为验证Hg含量是否符合法规要求，应使用

辉光放电质谱法、X射线荧光光谱法、冷蒸气原子吸

收光谱法和电感耦合等离子体质谱法等技术手段。

1.2术语

GB/T 7999 —2015没有对涉及的相关术语进

行详细定义，ASTM E1251-17a对合金类型校准曲

线、二元类型校准曲线、通用曲线、两点漂移校正、类 型校准等术语进行了解释，并表述“为取得最好的分

析结果，类型校准标准样品各元素含量与样品相应

元素含量相对差值应在10%以内最佳”。这为类型

校准标准样品的选择提供参考依据，当然在实际应

用中因生产合金较多、成本受限、无合适的标准样品 来源等因素，很难保证每种元素都符合该要求，最重

要的是类型校准标准样品和样品合金牌号一致，在

没有完全一致牌号标准样品的情况下•优先保证合

金元素或者重要元素符合这个要求或者尽可能接

近，这能大大减少检测误差。

1.3方法提要GB/T 7999 —2015 和 ASTM E125卜 17a 均对

方法提要进行了概述，ASTM E1251-17a还对合金

类型校准曲线、二元类型校准曲线、通用曲线进行了

详细阐述，说明了每种曲线的应用范围。

1.4分析参数、检测设备及其辅助设备GB/T 7999 — 2015 和 ASTM E1251-17a 分别对分析谱线和潜在干扰元素进行表述，ASTM

E1251-17a中列出了典型的激发光源参数，并且两

份标准都声明其中参数仅为典型值，应根据实际的

设备选择合适的激发条件。因此•在使用这两份标 准时.没有必要刻意追求参数与标准中一致。 ASTM E125卜17a还在第七节、第八节和第十三节

分别对激发光源、激发室、气体传输系统、检测器、电

极等部件以及光谱仪描迹、光路准直、设备漂移、电

气参数、曝光条件、氩气流量控制等仪器操作进行详

细描述。氩气为激发间隙保护气体，其纯度至关重

要.影响到结果的精密度。两份标准均要求氩气纯 度至少为99.995%,另外，ASTM E1251-17a强烈建

议使用全金属管连接，因为塑料管带来的有机污染

物、10 _级别的氧气或者水蒸气对激发有不利影响。

电极和样品的表面是火花放电的两个终点，由钨或 者其他合适材料组成，ASTM E1251-17a强调电极

的结构和辅助间隙的距离在随后的光谱仪工作曲线

绘制和工作曲线调整中不能改变，每次激发后应清 理电极以保持其形状、间隙距离和减少表面污染物，

这是检测结果准确性和精密性的关键。

1.5样品加工关于样品取样、加工设备及加工方法，GB/T

7999 — 2015引用的是国家标准GB/T 17432 —2012

《变形铝及铝合金化学成分分析取样方法》，ASTM

• 153

•E1251-17a引用的是美国标准ASTM E716-16《光

谱化学分析用铝和铝合金的取样和样品制备规程K 在相应标准中都有详细描述。ASTM E1251-17«强

烈推荐标准样品和样品使用相同的加工方法，不同

的表面特性可能会对检测结果产生影响。标准样品

和样品都要有新制备的表面，可获得好的分析结果。

若标准样品或样品的表面明显有污渍，看起来老旧

或是氧化，有细孔、夹渣或者其他外来物以及被重复 激发污染了均不能使用。1.6标准样品GB/T 7999 — 2015对标准样品、标准化样品和

控制样品进行了简单描述。ASTM E1251-17a在第

九节详细描述标准样品、标准化样品和类型校准样

品等参考物质的概念及追溯性，因为光电直读发射

光谱法是一种相对分析方法，标准样品应与样品具

有非常匹配的冶金技术、结构和成分，所以注意必须

采用与样品材料特性匹配的标准样品，并校正这些

因素的影响。标准化样品用于将设备强度比调整至

仪器初始校准的状态，因此不需要对其元素含量进 行标定，只需要保证其均匀性、再现性。ASTM E12 51 -17 a提到标准化样品包含高含量标准化样品

和低含量标准化样品，而GB/T 7999 — 2015中未提

及此分类。ASTME125M7a还在第十四节详细介

绍了标准化（亦称为“漂移校正”）的必要性，标准化

样品来源、激发次数、均匀性、记录及替换，并且推荐 每个标准化样品激发点数至少为4个。GB/T

7999 — 2015注明不建议使用单点标准化。

1.7工作曲线绘制GB/T 7999 —2015在7.3节介绍了工作曲线的

建立，要求每个标准样品至少激发4个点，每条T.作

曲线至少要使用3个标准样品。ASTM E1251-17a

则要求每种元素的每条工作曲线至少要使用4个标

准样品，在第十五节更为详细地介绍了如何绘制工 作曲线，具体步骤还需遵循仪器厂家的操作手册。

1.8样品分析

完成校准之后进行样品分析。GB/T 7999 —

2015要求激发点距样品边缘宜5〜6 mm,每个样品

至少激发2次，取平均值作为分析结果，待测元素检

测结果应在绘制丁作曲线所用标准样品的含量范围 之内。ASTM E1251-17a要求样品和标准样品应从

其外边缘7〜10 mm处激发，推荐激发2〜4次，对

于非常复杂的合金或者偏析样品，则可增加激发次

数，并且应取所有激发点平均值作为最终分析结果.屮騸瞄-圯耷分明______________________陆科呈.等：光电直读发射光谱法分析铝及钥合金的标准之间的差异

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ZL101铸造铝合金硅的光谱分析方法研究

ZL101铸造铝合金硅的光谱分析方法研究

ZL101铸造铝合金硅的光谱分析方法研究

摘要：随着新技术的采用，定量分析的线性范围变宽，使高低含量不同的元素可同时测定。还可以进行微区分析。本文针对影响铸造铝合金光谱分析质量的关键问题：Si元素的分析结果不稳定、准确度不高，通过分析优化，利用自制的随炉控样，在贝尔德DV5型光谱仪上成功地完成了该合金的光谱分析方法试验工作；并完善了该合金的光电直读分析方法，使分析结果更加准确可靠及稳定。

关键词：分析优化 随炉控样 稳定

0 引言

ZL101是亚共晶铸造铝合金，属于高合金化的Al-Si-Mg系合金，具有密度小、强度高、耐腐蚀及铸造性能好等特点，广泛的应用于制造行业中。中航工业洪都制造工程部为适应生产，加大了该合金的铸造量，但现有的分析方法在分析过程中存在分析结果准确度不高，而且分析结果不稳定。为了配合生产，准确快速的分析出结果，我们在美国贝尔德DV5型直读光谱仪上进行了方法试验，发现了影响该合金分析质量的关键性问题是：Si元素的分析结果不稳定，分析准确度不高；而硅元素可以改善合金的流动性，降低热裂倾向，减少疏松，提高气密性，对材料的性能起着重要作用。针对上述问题，根据以往的分析经验，制定措施，通过一系列优化试验，有效的解决了该关键性问题，大大提高了分析准确度和稳定性，证明该方法准确可靠，重现性好，分析速度快，完全满足生产实际需要。

1 光谱分析方法的特点

（1）分析速度较快 原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果。

（2）操作简便 有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。在毒剂报警、大气污染检测等方面，采用分子光谱法遥测，不需采集样品，在数秒钟内，便可发出警报或检测出污染程度。

（3）不需纯样品 只需利用已知谱图，即可进行光谱定性分析。这是光谱分析一个十分突出的优点。

电火花-直读光谱法测定纯铝薄板中的Fe、Si、Cu、Mn、Mg、Ti、Zn

电火花-直读光谱法测定纯铝薄板中的Fe、Si、Cu、Mn、Mg、Ti、Zn

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金献忠

【期刊名称】《光谱实验室》

【年(卷),期】1998(000)003

【摘 要】本文选用加电感低能放电火花光源,解决了纯铝薄板易击穿的难题,优化了激发条件,并研究了表面氧化层和光洁度对测定结果的影响,建立了一套直接测定厚度0.20mm以上纯铝薄板中各元素的分析方法.考核及对照分析实验表明,各元素的RSD及相对偏差良好.

【总页数】1页(P0)

【作 者】金献忠

【作者单位】厦门进出口商品检验局,福建省厦门市金鼎路31号,361012

【正文语种】中 文

【中图分类】O6

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光谱仪通用技术规范

光谱仪通用技术规范

1 光谱仪通用技术规范

1.5 标准和规范

除采购标准规范和图纸中要求的技术条件外，卖方还将再次确认表1中标准的最新版本（以文字形式通知买方），并遵照最新标准要求执行，并将最新标准通知买方。

表1 标 准 和 规 范

序号 标 准 号 标 准 名 称

1 GB 191 包装 储运 图示标志

2 GB/T 4336 碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法（常规法）

3 GB/T 7999 铝及铝合金光电发射光谱分析方法

4 GB/T 14203 钢铁及合金光电发射光谱分析法通则

5 DL/T 991 电力设备金属光谱分析技术导则

6 JJG 768 发射光谱仪检定规程

注 表中标准是招标方最低要求。除此标准以外，投标人可以推荐其他标准，但事先必须通过招标方认可，或选择其中较高标准。

1.6 必须提交的技术数据和信息

1.6.1 每个投标人应提供1.2中要求的技术资料和技术数据，投标人提供的技术数据应为产品的性能保证数据。这些数据将作为合同的一部分，任何与这些数据的偏差都应经过买方的同意。

1.6.2 卖方提供光谱仪的特性参数和其他需要提供的信息。

2 性能要求

2.1 仪器体积小、重量轻，携带方便。

2.2 测试速度快、精度高、重复性好、抗干扰能力强。

2.3 具有自检功能。

2.4 采用中文界面，界面清晰。

3 主要技术参数

3.1 安全性能：绝缘电阻大于20MΩ，电源进线端与机壳间承受50Hz、1500V交流电压，时间1min，应无飞弧或击穿现象。

3.2 工作电源：AC 220V±10％、50Hz±1Hz。

3.3 看谱镜的通用要求：

3.3.1 看谱镜激发光源应有电弧、火花模式可选，电极应可更换。

3.3.2 看谱镜的光谱波长应覆盖400nm～700nm范围。

3.3.3 看谱镜采用交流电弧，电流为3A～5A时，采用纯铜圆盘电极激发低合金钢标准物质时的谱线质量应达到：

《锂离子动力电池用铝及铝合金箔》

《锂离子动力电池用铝及铝合金箔》

1 《锂离子动力电池用铝及铝合金箔》

“浙江制造”标准编制说明（含先进性说明）

1 项目背景

我国的新能源汽车行业呈现出迅猛的发展势头，据最新统计数据显示，我国新能源汽车销量已从2015 年的33．1万辆增长到2017年新能源汽车销售77．7万辆。而作为其核心关键技术的锂离子动力电池产业也得到了飞速发展，动力电池用铝箔的需求量也呈现倍增趋势。

据前瞻产业研究院的《动力锂电池行业分析报告》调研，我国新能源汽车当下处于高速增长期，锂电产业发展前景广阔，已经显现出供不应求的局面。2014-2018年中国汽车动力锂电池出货量分别为4.4/15.8/28.6/37.9/56.9GWh，预计2020年将达到100GWh，2025年将达到430GWh。在国外，2014-2017年新能源汽车动力电池出货量分别为6/7.7/13.5/18.5GWh，2020年动力电池需求量预计将达约65GWh，2025年预计达400GWh。整体来看，全球动力电池需求将在较长时间内保持高速增长，预计2017-2025年间需求CAGR（复合增长率）将达到38%以上。电池行业的高速发展必将带动动力电池箔精深加工行业的蓬勃发展。按照以上动力电池出货量数据，预计2020年全球锂电池用铝箔的需求量将达到5.8万吨，2025年将达到28万吨，市场潜力巨大。

电池用铝箔国家标准已经出台对电池箔行业起到了非常好的引导作用，也将铝箔企业和锂电客户连接起来，电池箔产品将会越来越规范。但此标准在一定程度上并不能满足当前快速发展的市场需要，行业内缺乏标杆标准，因此急需制订达到国内一流、国际先进的精品标准。

2 项目来源

由永杰新材料股份有限公司向浙江省品牌建设联合会提出申请，经立项论证通过并印发了浙品联[2019]2号文件批准了项目立项申请，项目名称：《锂离子动力电池用铝及铝合金箔》。

3 标准制定工作概况

2 3.1 标准制定相关单位及人员