鐵基復合材料合金元素含量化學分析試驗研究

欒曉宇

（沈陽科金特種材料有限公司，遼寧 沈陽 110101）

在對鐵基復合材料研究中，可知我國已經在上個世紀年代末期便開展了對此方面的研究，鐵基復合材料的應用也在此時期便開始在市場盛行，在對其的研究與不斷實踐應用期間，鐵基復合材料增強顆粒的覆蓋范圍越來越廣，可使用的材料種類也越來越多[1]。其中二氧化三鋁；碳化鈦；碳化硅；碳化鎢等材料中的顆粒均具有鐵基復合材料的相關物理性質。除上述提出的相關材料構成物質，其中碳化硅、碳化鉻等金屬元素，均可在材料燒結過程中產生極易融化的基體，且燒結后顆粒也無法作為獨立顆粒對其進行保留。當與基體發生反應后，其中的碳化物質與氧化物質在空氣中發生反應，從而產生MC類型的碳化物，這些被碳化的物質中，碳化硅的熱力學性能較為顯著，更加適用于復合材料的制備[2]。總之，隨著目前我國對鐵基復合材料研究的深入，多種物質正逐步向著高性能層面遞進，具有較高的市場應用價值。而影響鐵基復合材料性能的參數中，起到最關鍵作用的就是鐵基復合材料合金元素含量化學分析。由此可見，針對鐵基復合材料合金元素含量化學分析試驗研究是具有現實價值的，本文提出鐵基復合材料合金元素含量化學分析試驗研究，通過試驗的方式，致力于通過在明確鐵基復合材料合金元素含量的基礎上，促進鐵基復合材料更好的應用發展。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗原材料

在本次試驗中，選定鐵基復合材料為此次試驗的原材料[3]。試驗所用鐵基復合材料為自行研制的Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鐵基復合材料。鐵基復合材料在1050℃下開坯，加工成d12 mm×2 000 mm的棒材。

1.2 試驗裝置

本次試驗采用裝置為直讀光譜儀，型號為OBLF GS-1000，其具體參數表，如表1所示。

表1 直讀光譜儀具體參數

結合表1所示，為本次試驗測試使用儀器基本參數。通過直讀光譜儀，保證測試精度。除此之外，本次試驗還配備分析電鏡，用于分析鐵基復合材料合金元素含量。

1.3 試驗流程

本次試驗流程為：首先，選取d10 mm×10 mm的鐵基復合材料試樣，針對鐵基復合材料試樣界面有勃結的區域用角磨機打磨平整，將鐵基復合材料試樣置于直讀光譜儀激發臺上激發[4]。而后，通過分析電鏡，提供CCD圖像，根據查看微粒影響或擇優取向。最后，去除熒光、散射和其它背景輻射量，化學分析鐵基復合材料合金元素含量，并進行計算，保存測定數據。

2 試驗結果

2.1 計算鐵基復合材料合金元素含量

本文以鐵基復合材料合金元素含量作為衡量鐵基復合材料合金元素含量化學分析結果的關鍵指標，通過計算計算鐵基復合材料合金元素含量，得出鐵基復合材料合金元素含量化學分析結果[5]。設鐵基復合材料合金元素含量為，則鐵基復合材料合金元素含量的表達式，則有公式（1）。

公式（1）中，指的是鐵基復合材料試樣中金屬元素的質量濃度，單位為μg/ml；M指的是鐵基復合材料試樣體積，單位為ml；S指的是鐵基復合材料試樣質量，單位為g。通過公式（1），得出鐵基復合材料合金元素含量，其中Ti元素的含量在濃度為0.5%的試劑樣本中，其組織液體中含有大量的碳化鐵物質。

2.2 檢出限

計算鐵基復合材料合金元素含量的基礎上，測定本次試驗的檢出限。以鐵基復合材料合金元素含量為依據，設檢出限表達式為LD，則有公式（2）。

公式（2）中，m指的是鐵基復合材料合金元素含量波動系數；Ib指的是鐵基復合材料合金元素含量測定背景；t指的是鐵基復合材料合金元素含量峰值。通過公式（2），得出鐵基復合材料合金元素含量化學分析不確定度來源的檢出限，如圖1所示。

圖1 檢出限示意圖

根據圖1所示，本次試驗結果得出的檢出限能夠符合鐵基復合材料合金元素含量化學分析標準[6]。證明本次實驗結果檢出限的有效性。

2.3 精密度

在完成檢出限測定的基礎上，為進一步證明試驗結果的有效性，針對試驗結果的精密度進行驗算。本次選取衡量試驗結果精密度的指標為相對誤差允許限，設其計算公式為wr，可得公式（3）。

公式（3）中，C指的是鐵基復合材料合金元素含量化學分析誤差允許限系數；X0指的是鐵基復合材料合金元素含量的標準值。通過公式（3），設本次試驗結果精密度為RE，可得表2。

表2 精密度

根據表2所示，本次試驗精密度大于2%，相對誤差小于相對誤差允許限，實驗結果具有較高精密度。

2.4 準確度

不僅需要精密度驗算，針對其試驗結果的準確度同樣需要驗算。設得出的準確度為，具體內容詳見表3。

表3 準確度

根據表3所示，本次試驗準確度高于92%，實驗結果具有較高準確度，其分析結果具有有效性。

3 結論分析

在證明實驗結果具有有效性的前提下，分析實驗結果。對實際樣本進行取樣分析，發現組織試劑中還存在少量的金屬鐵。而在此過程中，Ti元素的含量在濃度為1.0%的劑樣本中，其組織液體中的碳化鐵物質含量顯著降低，但其中金屬鐵素體的含量則呈現一定的上升趨勢。當Ti元素的含量濃度達到4.0%時，組織液體中僅包含少量的金屬鐵素體物質。因此，根據上述實驗結果，可以顯著的看出試劑中基體組織的濃度會隨著Ti元素含量的變化而發生變化，產生此種現象的原因主要是TiC物質屬于高強度穩定融合化合物所造成的，不僅自由度較低，并且其穩定熔點較高，從其化學性質層面分析，在發生反應過程中，碳化硅、碳化鉻等金屬元素含量占比最大，因此TiC物質的結構是十分穩定的。

4 結束語

通過鐵基復合材料合金元素含量化學分析試驗研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統鐵基復合材料合金元素含量化學分析中存在的問題。由此可見，本文設計的試驗是具有現實意義的，能夠指導鐵基復合材料合金元素含量化學分析方法優化。與此同時，還需要進一步加大對鐵基復合材料合金元素含量的研究力度。截止目前，國內外針對鐵基復合材料合金元素含量化學分析的重視程度仍有不足，必須深刻認識到鐵基復合材料合金元素含量在鐵基復合材料性能影響中的重要地位，全面探索鐵基復合材料性能最好下的各項合金元素含量參數。