金属材料元素化学分析方法及注意事项

（¹陕西飞机工业有限责任公司，陕西 汉中 723215；

²三二〇一医院，陕西 汉中 723215）

摘 要：金属材料在各行业发展中息息相关，在机械、航空、计算机等领域得到了广泛应用。金属材料类型多样，对金属材料元素的成分进行测定与分析，有助于进一步明确金属材料的性能，这为金属材料在各大领域的深度应用提供了重要依据，有助于提高金属材料使用的合理性与安全性。

关键词：金属材料元素；化学分析；注意事项

引言

在社会发展的带动之下，对于金属材料的需求也呈现出进一步增长的趋势。在市场上，一些愈发复杂性，能更强的金属材料也纷纷出现。这些金属材料的通信就是性能优良，相较于传统的材料，它们硬度更高，韧度更强，外观更美观，得益于各种金属元素的精确配比，也让不同的金属材料有了不同的物理性质，而在实际的应用中，采用化学分析法的方式进行内部化学元素的分析，从而更好的研究金属材料的元素构成，提升金属材料的利用效率，发挥出金属材料的最大价值。

1 金属材料五大元素的作用

1.1 碳元素

在钢铁中，碳是最基本的成分，也是区分钢和铁的主要依据，在生产过程中，如果含碳量大于1.7%的是铁，低于此数值就是钢。通过分析钢铁中的碳元素含量，才能提高铸件的应用合理性。而一般情况下，不同铸件中碳含量的合理选配可以通过碳元素测试来进行，比如，球墨铸铁的碳含量是3.5%~3.9%，灰铁的含碳量是2.6%~3.6%，如果碳含量低于3%，一般情况下其力学性能不够，而通过合理设置碳元素到钢铁中，实现质量和力学性能的有效协调[1]。

1.2 磷元素

磷是钢铁的有害元素，因为磷元素影响的是力学性能，磷元素较多，会降低金属的韧性和致密性，磷元素会造成铸件开裂。在磷元素小于等于0.05%的时候，可以融于铁且具有良好的力学性能。当铸件中磷含量大于0.05%，本身会影响铸件的坚硬程度，产生了磷共晶的问题。因此，在实际的应用中，加入一定的磷元素，能提升金属硬度，但务必要将磷元素的含量限制在0.04%之下。

1.3 硫元素

硫元素是金属材料中的有害元素，硫元素会影响石墨化，并且因为硫元素和锰元素、镁元素的反应产生稳定碳化物，因为硫元素的影响，会导致金属材料出现皮下气孔、夹渣等缺陷，印象搞那个整体的力学性能。所以说，在有条件的情况下，应当降低硫元素，减龄保证普通灰铁硫含量在0.15%以下，如果是球墨铸铁中，硫含量要低于0.02%。

1.4 硅元素

硅元素本身是促进石墨化的一种有益元素，硅元素是一种孕育剂，添加硅元素会减少渗碳体、珠光体、三元磷共晶的出现，改善金属铸件的可塑性。

1.5 锰元素

锰在钢铁中非常重要，添加适当的锰元素能生成纹理，强化结构，也能让整体钢铁的坚固性和耐磨性增加，在适当的温度下，锰元素还能中和硫元素，避免因为硫元素过高对金属材料质量的影响，所以说，通过一定量的锰元素添加，也能稳定钢铁质量，提升品质^[2]。

2 常用的金属材料元素化学分析方法

2.1 滴定分析法

滴定分析法在金属材料元素化学分析中属于比较传统的一种方法，其主要是采用一定标准浓度的试剂，通过与金属材料产生化学反应，主要是对材料中金属离子含量进行测定的一种方法。滴定分析方法可以实现可溶解被测物的定量测定，根据被测物+试剂（滴定剂）=反应产物，促进了被测物的化学计量和滴定剂的定量分析。在金属材料中所有元素发生反应以后，即完成滴定分析。其中滴定重点即金属材料中金属离子与实际发生反应的节点，这种测定方法非常简便，测定精准度较高。在使用滴定分析法的时候，首先需要把样品溶液放置在烧杯当中，随后在烧杯中添加适量指示剂，随后使用滴定管向烧杯中添加适量标准浓度的试剂。在选择滴定剂的时候，不仅需要考虑滴定剂的质量，而且需要考虑滴定剂的种类，需要保证滴定剂的量和样品量相等。一般情况下，添加滴定剂的原则就是容易观察，且能快速、明确反映效果。在烧杯中添加指示剂的目的，主要是为了对指示剂颜色进行判断，更容易对化学反应进行观察，在指示剂颜色发生变化的时候，就代表指示滴定结束，通过对滴定现象进行观察，能够确定金属材料当中的元素。滴定分析法是一种很传统也很知名的分析方法，目前可以实现高度的精准化和自动化，性价比也比较高，因此在检测领域该技术也能广泛应用^[3]。

2.2 仪器分析法

2.2.1  分光光度法

通过操作分光光度仪器对金属材料中元素表征进行定性与定量分析，通过对不同金属元素在不同波长光中发生的折射反应进行观察，判断金属材料中的元素构成。该方法的原理在于：不同金属元素的吸光度不同，通过观察不同光波长的方式，能够对不同金属元素的吸收强度进行测定，有助于测定金属材料中不同元素的含量。

2.2.2  X射线荧光光谱法

X射线荧光光谱法是一种比较传统的应用方法，在如今各种检测方法层出不穷的背景之下，该方法也逐渐落后，因为该技术整体需要的器械要求更高，所以该方法应用需要人员的高度精细化控制。X射线荧光光谱法能够对金属材料的元素成分进行测定和分析，利用基态原子在为激发的情况下的低能状态。通过特定频率的辐射线激发基态原子的能量，转化为高能状态。X射线荧光谱在基态原子转化为高能状态之后即可显现。通过测定其波长就能够分析元素组成。

2.2.3 石墨炉原子吸收法

该方法属于一种新型检测方法，目前在许多领域得到了广泛应用，应用石墨炉原子吸收法进行金属材料元素化学分析，具有较高的精准度和灵敏度，不过该方法只能够对少数样品进行分析。在实际测定的过程中，主要是将样品进行原子化处理，利用原子化检测仪对样品中特殊石墨上吸附的原子种类进行分析的方式对金属材料中的元素构成成分进行分析^[4]。

2.3 电化学分析法

电化学分析法如今在元素分析中应用最为广泛。它的原理就是利用了材料的电化学性质以及金属元素含量之间的关系。通过这种关系的探讨，也从而分析金属材料中的元素构成，利用电化学分析法进行元素分析主要有循环伏安法、溶出伏安法等等，这两种方法的灵敏度都非常高，也能够定向选择材料中所需要测试的元素。目前，关于电学和电化学现象的分析与管理已经有相当成熟的理论，不过在实际应用该方法的过程中操作起来比较复杂，该方法容易受到外部环境的影响，还有技术和研究尚未成熟的问题。

3  金属材料元素化学分析方法的未来趋势分析

从目前的情况来看，在金属材料元素化学分析的过程中，许多方法的运用容易受到外部环境的干扰，测量准确性还需进一步加强，并且许多方法的操作难度比较复杂，难以同时兼顾准确性与简便化两个优势，这直接影响了元素化学分析的效率与效果，在金属材料元素化学分析未来发展的过程中，各种分析方法将向着便捷性、精准性的方向发展。在实际对金属材料进行分析的过程中，要求工作人员快速、准确找到合适的分析方法。要想提高金属材料元素化学分析的效果，还需要使用精度更高、更加先进的仪器设备。由于金属材料的元素组成十分复杂，未来分析发发还将向着高灵敏度、高选择性方向发展，更加深入地研究适用于金属材料元素化学分析的方法。未来在仪器分析上的力度还将进一步加强，仪器分析技术在未来能够最大限度满足金属材料元素化学分析的需求。从目前的情况来看，荧光光谱仪是使用频率较高的一种仪器，这种仪器具有适应性强、精准度高、体型小巧等特点，适合在各种复杂环境中使用，甚至能够在雨天进行作业，因此，类似于荧光光谱仪的高精度仪器将成为仪器分析技术未来研究的主要方向[5]。

4 金属材料元素化学分析中的注意事项

4.1 做好金属材料的取制样工作

在实际的金属材料的化学成分检验中，需要做好代表性样本的取样工作，实际分析金属材料元素中，应当选择有代表性的钢液、零件，并且尽量保证金属材料取样的混合均匀，有必要的情况下，可以将金属材料压碎混合之后，才能进行取样处理。此外，在取制样的时候，需要做好金属材料的处理，如果表面已经出现氧化，那么实际的元素分析之前，就需要做好金属材料的清洗工作，避免因为氧化物和污垢影响化学成分检验结果。最后，如果金属材料表面有一层氧化层，也需要建立在金属材料符合相关要求之上，进行有效的取制样工作。

4.2 关注配置标准溶液的必要要求

通过建立标准溶液的配置要求，做好整体溶质和饮用水等配置仪器的应用，在一般情况下，可以用蒸馏水作为配置用水，一些特殊的溶液比如EDTA溶液中和需要氯化氢，在选择指示剂的时候，因为氨水和盐酸反应溶液呈弱酸性，就需要用甲基红作为指示剂，而不能用酚酞。实际的配置溶液中，需要提前针对不同溶液的特点进行有效的配置特点分析。

4.3 注意化学分析的实际流程

金属材料的元素化学分析需要一定的流程分析，加强整体流程优化确有必要，比如，在化学滴定法中，如果采用的是酸式滴定管儿，那么在实际的检测过程中，需要用绿植检查活塞的两端和管夹位置是否有水渗出，然后旋转180度再检查一次活塞，如果是碱式滴定管的话，则需要放置两分钟，然后检查试管是否有漏水的情况，如果有漏水的情况，那么说明橡皮管出现问题需要更换。在排气泡的时候也有特定的操作，只有保证调整液面与零刻度线相平之后，才能保障整体化学分析更有效，更精准。无论是什么类型的化学分析方法，都需要建立在实际的流程需求之上规范操作，才能保障化学分析的稳定性。

5  结语

总而言之，金属材料的元素检测在各行各业中都有广泛的应用，通过恰当的检测方法，精准的数据分析，才能保障中国金属元素的有效利用，且有效提升化工行业的稳定、持久发展水平。

参考文献

[1] 颜忠国.金属材料元素化学分析方法注意要点探讨[J].世界有色金属,2021(17):158-159.

[2] 王婷.矿石样品中金属元素化学分析方法的应用研究[J].世界有色金属,2021(15):192-193.

[3] 靳晓婷.化学分析技术在实践中的应用及影响因素探析[J].云南化工,2021,48(02):79-81.

[4] 白英丽,孙洪涛,莫蓉.金属材料元素化学分析方法及注意事项[J].化工设计通讯,2018,44(12):64-65.

[5] 王洁.分光光度法在金属材料元素化学分析中的应用[J].化工管理,2017(09):98+100.

       来源：化学工程与装备 - 官方网站 - 创刊于1972   2022年第12期   在线投稿  >>