电线金属丝化学成分的能谱
电线金属丝化学成分的能谱
【摘 要】随机抽取市场上出售的三种不同规格的电线，用牛津能谱仪对其材料的化学成分进行了检测，结果表明三种电线是三种不同的材料制成，分别是黄铜、铝和铁，并且其材料表面镀了一层纯度很高的铜。
与其他化学成分检测方法相比，能谱法不破坏金属材料的结构，所需样品少，检测速度快，分析结果准确。
【关键词】检验方法;样品的制备
0.前言
金属材料广泛应用于社会的各个方面，对工业、农业及社会经济的发展起着非常重要的作用。
人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。
继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。
现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础[1]。
不同金属材料的性能不同，如常见的钢、铜和铝等金属材料，它们的'硬度和力学性能均不同，因此其应用的范围也不同。
由于铜具有较低的电阻及较好的电传输性能，因此在电线电缆的制造中用铜金属作为原料。
电线电缆是用户在用电过程中必不可少的材料，其质量的好坏，直接关系到千家万户的用电安全。
因此，在购买或选用时，如何快速、准确检查电线(补偿导线，补偿电缆，屏蔽补偿导线，屏蔽补偿电缆，耐高温补偿导线，耐高温补偿电缆，计算机屏蔽电缆，K型补偿导线，S型补偿导线等电线电缆)质量的好坏，是广大电工及用户必须掌握的技能。
作为质检系统，有职责任对市场上的产品质量进行监督和检验。
在例行市场抽检的过程中，针对市场上存在的大量的电线电缆，随机抽取了三种不同规格的电线，拿回质检所实验室进行检验。
1.检验方法的选择
对金属材料化学元素成分的检测方法有很多，主要有化学法和仪器法。
针对不同的产品，选择合适的方法进行检测。
由于化学方法制样比较复杂，因此现在一般都采用仪器法。
仪器法检测金属材料化学成分最常用的方法有湿法和干法两种：湿法常用的有化学滴定法、分光光度法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子发射光谱法等;干法常用的有火花源发射光谱法、手持X射线荧光光谱法、能谱法等;湿法的前提是将材料溶化配成溶液再进行检测，这对取样的要求和样品制备过程很严格，操作过程中对分析结果影响很大，而且分析速度慢，不确定度高。
并且由于制样会对样品的组织结构造成破坏，会造成对其结构检测或者留样复检等造成影响;干法检测则只需要取材料的一块固体样品，检测后不会对样品造成破坏。
火花源发射光谱法和手持X射线荧光光谱法是使用激发源在样品表面激发，通过检测激发信号来检测其化学成分，其激发范围一般在1平方厘米左右，尤其是火花源发射光谱法，在检测完材料后会在材料表面留下一个很大的激发痕迹，因此用火花源发射光谱仪、手持X射线荧光光谱仪需要金属材料有一个较大较平的表面，如果是粉末状或金属丝状的材料，则需要进行高温熔炼或其他复杂的制样过程，这样比化学法检测更为复杂。
而本次抽取的电线，其金属丝都非常细，因此用火花源发射光谱法、手持X射线荧光光谱法不合适。
能谱分析也是干法分析的一种，但能谱仪分析元素的最大特点是微曲分析，最小可以对选定的几个平方纳米的区域进行元素成分分析。
因此用能谱仪分析金属丝的主要化学成分是最佳选择[2]。
能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer)是用来对材料微区成分元素种类与含量分析，配合扫描电子显微镜与透射电子显微镜的使用。
其最大的缺点是设备比较贵，一般的实验室可能没有这么昂贵的设备。
2.样品的制备
将电线皮剥开，用小钳子或者剪子将电线剪下长度在3mm左右的小块，标好记号。
用导电胶带将电线粘在扫描电子显微镜专业样品座上，放入样品仓中，准备分析样品。
3.结果与分析
调节设备的参数，对电线金属丝进行检测。
选择扫描电子显微镜加速电压为20KV，工作距离为10mm，对铜丝的截面进行观察，其形貌如图1。
图1 金属丝的截面结构
图1是金属丝的截面结构，其中标注谱图1处是准备做能谱分析的区域。
其能谱图如图2。
图2 金属丝的能谱图
图2是样品的能谱图，其中横坐标是激发的X射线能量，单位是KeV，不同元素激发特征峰的位置不同，据此计算机软件根据横坐标的位置定性的判断是何种元素;纵坐标是强度，根据强度大小计算各种元素的含量[3]。
从图2中可以看出，金属丝的主要化学成分是Al，含有少量的Mg，Cu和Fe元素。
其中Al的含量高达96%。
而同时用能谱仪检测该金属丝表面(非截面)的化学成分，结果显示其表面的化学元素主要是Cu，含量高达98%。
因此可以断定该金属丝是铝丝表面镀了一层铜。
由于铝不适合做电线，而且还在表面镀了一层纯铜，因此可以判断该电线是不合格产品。
对另外2根电线进行检测，检测结果是：只有一根电线化学元素是Cu和Zn，也就是黄铜材料，另外一根电线的化学元素主要是Fe，并且其表面镀了一层铜。
4.结论
选用能谱仪对电线金属丝进行化学成分的检测相对其他方法快速方便，其缺点是设备太贵。
检测结果表明三种不同的电线金属丝其化学成分不同，分别是黄铜、铝和铁金属材料。
因此广大消费者在购买电线电缆产品时要注意辨明产品质量好坏，尽量选择正规公司的产品，发现有假劣伪冒产品及时向工商部门或者质检部门反应。
【参考文献】
[1]刘培生，李铁藩，傅超.多孔金属材料的应用[J].功能材料，2001(01).
[2]宓小川.X射线衍射能谱法测定金属板材织构[J].宝钢技术，2005(S1).
[3]杨化宇，寇艳丽，郭海霞等.能谱仪在金属封装器件外观检测中的应用[J].现代测量与实验室管理，2009(6).
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