辉光光谱法测定热镀锌钢板界面宽度_胡维铸.pdf

胡维铸，高级工程师，2000年毕业于桂林工学院工业分析专业。E-mail:辉光光谱法测定热镀锌钢板界面宽度胡维铸（鞍钢集团钢铁研究院本钢技术中心，辽宁 本溪117001）摘要：开展了利用辉光放电原子发射光谱法测定热镀锌钢板镀层界面宽度的实验研究。结果表明，同一钢种热镀锌钢板镀层因工艺条件相同导致界面宽度基本一致，不同钢种热镀锌钢板镀层因工艺条件不同导致界面宽度各不相同；辉光光谱法测定热镀锌钢板界面宽度结果准确。关键词：辉光放电原子发射光谱法；热镀锌钢板；界面宽度中图分类号：TH744文献标识码：A文章编号：1006-4613（2023）01-0039-03DOI：10.3969/j.issn.1006-4613.2023.01.008Determination of Interface Width of Hot-dip Galvanized Steel Sheets byGlow Discharge Optical Emission SpectrometryHU Weizhu（Benxi Steel Technology Center of Ansteel Iron&SteelResearch Institutes，Benxi 117001，Liaoning，China）Abstract：The experimental study on determinating the interface width of hot-dip galvanizedsteel sheets by Glow Discharge Atomic Emission Spectrometry was carried out.The study resultsshowed that the interface width of hot-dip galvanized steel sheets by using the same grade wasnearly the same because of using the same process conditions,while the interface width of hot-dipgalvanized steel sheets by using different steel grades was different because of using differentprocess conditions.So the results determined by Glow Discharge Atomic Emission Spectrometrywere accurate in measuring the interface width of hot-dip galvanized steel sheets.Key words：glow discharge atomic emission spectrometry;hot-dip galvanized steel sheet;interface width钢材表面镀锌是防止钢材腐蚀最有效、最经济的工艺方法，在表面涂镀一层金属锌的钢板称为镀锌板，其中用于热镀锌的锌量占全部镀锌量的90%以上，镀锌钢板被广泛应用于建筑、汽车、家电等行业。镀锌钢板的理化检验指标有机械性能、基板成分、镀层成分等，镀层检测与产品质量及生产成本密切相关。镀锌钢板的微观结构公认分为锌层、合金化层、基体三个部分，它们之间没有明确的分界线，存在着互相渗透的现象，用任何方法都不能直接得到镀层的准确厚度。国内外众多研究人员已经利用辉光放电原子发射光谱法对各种镀层开展了有效的工作，如Richard Payling等1对辉光深度分析原理及应用做了详尽的描述，张毅等2分析了镀锌钢板镀层图谱，Xhoffe C等3分析了钢铁材料表面多种镀层图谱，余卫华等4分析了镀锌板、镀锡板、硅钢涂层图谱，徐永林等5分析了合金化镀锌板中铁含量，于媛君等6分析了镀锌板镀层中铅镉铬元素含量。国家标准GB/T 29559-2013/ISO 16962：2005附录C.3.27将Zn84%和Zn16%间的距离定义为界面宽度，实际测定界面宽度尚未报导。鞍 钢 技 术2023 年第 1 期ANGANG TECHNOLOGY总第 439 期39-热镀锌钢板镀层质量控制与工艺研究在其整个生产过程中都非常重要。测定热镀锌钢板界面宽度对热镀锌钢板镀层质量控制和工艺研究有重要意义。为此，开展了利用辉光放电原子发射光谱法测定热镀锌钢板镀层的实验研究，并用程序软件计算得出界面宽度。1实验部分1.1仪器和试剂GDS850A辉光光谱仪：0.75 m焦距，Paschen-Runge支架多道真空光谱仪，真空系统，58个通道，检测器-光电倍增管（PMT），光栅刻线数2 400条/mm，分辨率0.025 nm，波长119600 nm，阳极直径4 mm直流（DC）辉光放电源并配备4 mm射频（RF）辉光放电源，入射狭缝0.015 nm，出射狭缝0.040 nm。无水乙醇（分析纯）或丙酮（分析纯）。1.2校准曲线校准曲线采用相对溅射率建立，为保证多种基体间有一致的光谱干扰及拓展各元素分析范围，使用多种国际有证标准物质，包含：纯铁，中、低合金钢，生铁，镍基合金，铝基合金，铜基合金，锌基合金等。1.3实验方法钢铁标准物质用BG-32型磨床打磨至表面光滑，再用0.125 mm金相砂纸仔细打磨抛光后，立即用无水乙醇清洗干净，热风吹干待用；锌基、铝基、铜基标准物质用铣床铣掉表面薄薄一层。经光谱描迹、漂移校正后，将试样作为阴极置于辉光光源上逐层剥离激发，实时检测各元素光谱强度，至Fe元素光谱强度保持水平不变时，表明激发至铁基体，停止测定。根据各元素光谱强度与时间的曲线图，转换为各元素成分随深度变化的分布图，利用QDP程序软件在图中标注出Zn84%和Zn16%的深度，两者的差值即为界面宽度。1.4实验参数实验室内温度为1826，湿度为20%80%；阳极直径为4 mm；分析工作方式为恒定电压-电流方式；启辉电压为700 V，启辉时间为2 s，激发电压为700 V，激发电流30 mA，积分时间0600 s。2结果与讨论2.1热镀锌钢板取样与制样实验发现，所取试样如果含有夹杂、裂纹、气孔、油污、粉尘、氧化物，在密封时容易产生漏气，使激发出的光强发生变化，进而导致测定结果不准确，漏气严重时甚至不能辉光放电。试样局部不均匀也会影响测定结果的可靠性8。热镀锌钢板取样与制样必须按照GB/T 29559-2013/ISO 16962:20057和GB/T 20066-20069的要求，保证试样表面无划痕、成分均匀、具有代表性，同时不含夹杂、裂纹、气孔、油污、粉尘、氧化物，并制成50 mm的圆形或方形。2.2氩气纯度与流量实验发现，氩气作为激发气体，其影响因素主要有纯度不够和流量不够，这两种影响因素都会造成激发前光源内冲洗不干净，残留在光源内的粉尘及氧化物会影响激发效果，导致激发光强衰减，进而导致测定结果不准确。为确保测定结果的准确性，须保证氩气纯度在99.999%以上，氩气流量分表压力为280 kPa。2.3光谱描迹与漂移校正本法采用含量均匀的铁基试样以Fe371.994 nm作为定位线来进行光谱描迹工作。将试样置于铜电极前，按上吸样按钮，关闭辉光室门，仪器自动激发显示最佳位置，马达自动转至最佳位置完成描迹，描迹确保最大强度的光通过出射狭缝。实验研究发现，狭缝漂移时有发生，为确保测定结果的准确性，在每次分析前必须进行光谱描迹。采用标准物质进行漂移校正可以校正校准曲线以补偿仪器长期漂移，漂移校正后进行测定。本法采用SUSRN19-70、SUSRA18-153、SUSRG14-654、BRAMMER825E、BASC54-03-5、SUSRZN13-33六块标准物质来进行漂移校正。实验研究发现，曲线漂移时有发生，为确保测定结果的准确性，在每次分析前必须进行漂移校正。2.4界面宽度测定对热镀锌钢板试样进行界面宽度测定，镀锌板界面宽度测定图谱如图1所示，从图1可以观测到热镀锌钢板的镀层界面宽度。热镀锌钢板试样界面宽度测定值见表1，BG-1#为同一钢种，BG-2#，BG-3#，BG-4#为不同钢种。鞍钢技术 2023 年第 1 期胡维铸：辉光光谱法测定热镀锌钢板界面宽度总第 439 期40-图1镀锌板界面宽度测定图谱Fig.1 Spectrogram for Determination ofInterface Width of Galvanized Sheets表1热镀锌钢板试样界面宽度测定值Table 1 Measured Values of Interface Widths ofHot-dip Galvanized Steel Sheet Samples由表1可知，同一钢种热镀锌钢板镀层界面宽度基本一致,不同钢种热镀锌钢板因工艺条件不同导致镀层界面宽度各不相同。同一钢种热镀锌钢板界面宽度如有较大差异，说明镀锌工艺中锌液温度、浸镀时间、钢基元素、锌液元素、钢带表面状态等10有所变化，应仔细查找出变化因素，严格执行工艺条件。2.5镀层深度对比实验本实验使用3块热镀锌钢板试样，分别采用辉光法和国家标准重量法11进行镀层深度测定对比实验，结果见表2。表2镀层深度测定对比实验Table 2 Comparative Experiment forMeasuring Depths of CoatingLayersm由表2可知，镀层深度辉光法测定值和国家标准方法测定值基本一致，界面宽度辉光测定方法准确。3结语根据国家标准GB/T 29559-2013/ISO 16962：20057规定的镀锌板界面宽度，开展了使用辉光光谱仪和QDP程序软件在质量百分比-深度谱图中标记出84%和16%的点，通过计算得出测定界面宽度的实验研究。结果表明，热镀锌钢板镀层界面宽度与工艺条件密切相关，镀层深度辉光测定值和国家标准方法测定值基本一致，界面宽度辉光测定方法准确。参考文献1Richard Payling，Delwyn Jones，Arne Bengtson.Glow dischargeoptical emission spectrometryM.Chichester：John Wiley Sons Ltd.，1997.2 张毅，陈英颍，张志颍.辉光放电光谱法分析镀锌钢板J.理化检验-化学分册，2004，40（4）：191-194.3Xhoffe C，Dillen H.Application of glow discharge optical emis-sion spectrometry in the steel industryJ.J.Anal.At.Spec-trom.，2003（18）：576-583.4 余卫华，张穗忠，于录军.钢铁材料表面成分及其深度分布的射频辉光放电光谱研究J.冶金分析，2008，28（7）：11-17.5 徐永林，张东生，倪建.辉光放电光谱法测定合金化镀锌板镀层中铁含量J.冶金分析，2012，32（1）：23-28.6 于媛君，高品，邓军华，等.辉光放电光谱法测定钢板镀锌层中铅镉铬J.冶金分析，2015，35（9）：1-7.7 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 29559-2013/ISO 16962：2005表面化学分析 辉光放电原子发射光谱 锌和/或铝基合金镀层的分析S.北京：中国标准出版社，2014.8 刘胜新.化验员手册（第2版）M.北京：机械工业出版社，2014：539.9 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T20066-2006钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法S.北京：中国标准出版社，2006.10张启富，刘邦津，黄建中.现代钢带连续热镀锌（第1版）M.北京：冶金工业出版社，2007：114-139.11中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T1839-