CN103412047B - 一种用超声无损探测法对金属的真伪鉴别的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用超声无损探测法对金属的真伪鉴别的方法，由参考样品预处理、超声检测参考样品声参量、超声检测待测样品声参量、参考样品与待测样品声参量对比四个步骤构成，鉴别出金属制品的真伪，而且本发明的鉴别方法不需要对金属制品进行破坏，鉴别过程中也不会对其产生伤害，实现无损鉴别，此外，相对于传统的物理及化学鉴别方法来说，本发明单独鉴别即可得出金属真伪的结果，无需多种方法配合，相对鉴别方法简单，成本低廉，鉴别结果准确合理，即使对于同种材质在不同热处理条件下得到的不同金属制品也能够一一鉴别出来。

Description

一种用超声无损探测法对金属的真伪鉴别的方法

技术领域

本发明涉及金属的鉴别方法，特别涉及一种用用超声无损探测法对金属的真伪鉴别的方法。

背景技术

由于全球资源逐渐减少，近年来原物料价格一路往上攀升，有些原料供应商或金属制造商用价格较低廉的金属代替品来取代价格较高的原物料，或是偷工减料，制造出不符合国际规格或买家规范的金属制品，造成重大安全事故。还有，有些人为了牟取暴利对金属制品的古文物等进行高仿制，导致真品与赝品很难鉴别。因此，对于金属材料的鉴别与分析越来越重要。

目前，常用的金属材料的鉴别方法有物理鉴别和化学鉴别。其中，物理鉴别方法是针对金属的宏观物理特征及金属在物理过程中表现出的微观特征进行的。常用的有感官鉴别、断口鉴别和火花鉴别等。

感官鉴别是指人的感觉器官能辨别金属在某些宏观物理性能，如比重、色泽、磁性和硬度等方面的差异，从而可以将不同的金属分辨开来。

断口鉴别法是指通过肉眼观察其断口特征，如化学成分不同的材料，其断口的特征也各不相同。

火花鉴别法是将材料或零件放在砂轮上，加以适当的压力，进行磨削，观察磨削时产生的火花来鉴别材料。

由于物理鉴别方法简便易行、现场性好，分析精度可从定性到半定量，对于一般常用金属材料，此方法能够满足，但是其存在一定的局限性，有些鉴别方法是有损的，需要对金属制品进行破坏后才能进行鉴别，而且其误差都较大，有时不准确。

化学鉴别是根据化学反应来分析金属的组成成分来鉴别是何种金属。常用的化学成分分析方法有滴定分析方法、重量分析法和容量分析法等。其中，滴定分析法是充分利用化学反应的计量关系来实现定量分析，这种计量关系可以是直接的，也可以是间接的；重量分析法是指采用适当的分离手段，使金属中被测定元素与其它成分分离，然后用称重法来测元素含量。容量分析法是用标准溶液（已知浓度的溶液）与金属中被测元素完全反应，然后根据所消耗标准溶液的体积计算出被测定元素的含量。

化学方法相对比较复杂而且在鉴别时发生化学反应，对金属制品有损伤。

此外，上述的传统的鉴别方法通常是需要几种方法配合才能鉴别出来，相对比较复杂。

发明内容

为了克服现有技术中金属鉴别方法中所存在的不足，本发明提供了一种对鉴别金属无损伤而且即使同种材质不同热处理条件下的金属样品也能准确鉴别其真伪的用超声无损探测法对金属的真伪鉴别的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是由以下步骤实现：

（1）对厚度至少为10mm的金属参考样品，上下表面加工平行，并对其表面进行打磨、清洗干净；

（2）将收发探头固定在金属参考样品的表面上，发射频率为2.5～10MHz脉冲信号并采集金属参考样品的底面反射信号，测定并计算出金属参考样品的声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽；

（3）将待测样品表面打磨并清洗干净，使其表面粗糙度与金属参考样品的粗糙度相同，将步骤（2）的收发探头固定在待测样品的表面上，使其收发探头与待测样品的耦合条件与步骤（2）的耦合条件一致，测定并计算出待测样品的声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽；

（4）将步骤（3）得到的待测样品的声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽与步骤（2）中金属参考样品的声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽一一对应进行比较，若六个参量完全一致，则待测样品与金属参考样品材料相同；否则，待测样品与金属参考样品材料不相同，即鉴别出待测样品的真伪；

上述金属为在常温下化学性质稳定的固态纯金属或其二元、三元合金。

上述收发探头的频率优选2.5～7.5MHz。

上述纯金属为铍、镁、铝、铟、锗、锡、铅、锑、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌、钇、鋯、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铱、铂以及金。

本发明提供的用超声无损探测法对金属的真伪鉴别的方法，是利用超声波在金属中的传播特性，测得材料的声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽，由于超声波在不同金属材料中的传播特性不同，对待检金属样品与已知参考样品的声波特性进行对比即可鉴别出金属制品的真伪，而且本发明的鉴别方法不需要对金属制品进行破坏，鉴别过程中也不会对其产生伤害，实现无损鉴别，此外，相对于传统的物理及化学鉴别方法来说，本发明单独鉴别即可得出金属真伪的结果，无需多种方法配合，相对鉴别方法简单，成本低廉，鉴别结果准确合理，即使对于同种材质在不同热处理条件下得到的不同金属制品也能够一一鉴别出来。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。

实施例1

以不锈铁金属制品为例，用超声无损探测法鉴别金属真伪的方法由以下步骤组成：

（1）对厚度为30mm的矩形不锈铁参考样品的上下表面打磨光滑并用清水冲洗干净。

（2）将频率为5MHz的收发探头固定在上述的不锈铁参考样品的上表面，发射频率为5MHz的脉冲信号并采集不锈铁参考样品的底面反射信号，本实施例采用市售的5077PR脉冲发射接收仪和普源RIGOLDS1052E数字示波器对采集的反射信号进行处理并输送给计算机进行进一步处理，用常规计算方法计算出不锈铁参考样品所对应的声参量，即声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽。

上述各个声参量的计算公式如下：

1）声速计算公式如下：

$c=\frac{2d}{t}$

其中d为样品的厚度，t为一次底面回波到二次底面回波间的时间，c为超声波在样品中的传播速度。

2）声衰减系数

$:\mathrm{\α}=\frac{1}{2l}\ln \frac{p_0}{p}=\frac{1}{2l}\ln \frac{h_0}{h}$

式中α为声衰减系数，h₀为表面回波波高，h为一次底面回波波高，l为样品的实际厚度。

3）幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽

用频谱分析法对一次底面回波经傅里叶变换得到的频谱进行分析得出对应的峰值频率和带宽。

4）功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽

原理与3）相同，只是把其中一次底面回波的傅里叶变换变为自功率谱变换后，计算出自功率谱中一次底面回波的峰值频率及带宽。

（3）对待测样品进行处理，使其上下表面平行，厚度为12mm，经打磨后表面粗糙度与不锈铁参考样品的表面粗糙度相同，将步骤（2）的探头固定在待测样品的表面上，并使探头与待测样品的耦合条件与步骤（2）中的耦合条件一致，根据该样品底面的反射信号，用与步骤（2）相同的方法计算出待测样品的声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽，结果如下表1；

（4）将步骤（3）得到的待测样品的声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽与步骤（2）中不锈铁参考样品的声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽一一对应进行比较，六个参量完全一致，则待测样品与参考样品材料相同，可确定为不锈铁材质；否则，待测样品不是不锈铁材质，即可鉴别出待测样品的真伪。

表1探头频率为5MHz时的待测样品（不锈铁）的声参量

实施例2

在步骤（2）和步骤（3）中，均采用频率为2.5MHz的收发探头采集不锈铁参考样品和待测样品的底面反射信号，其余的操作与实施例1相同。

其他的步骤与实施例1相同。

实施例3

在步骤（2）和步骤（3）中，均采用频率为7.5MHz的收发探头采集不锈铁参考样品和待测样品的底面反射信号，其余的操作与实施例1相同。

其他的步骤与实施例1相同。

实施例4

上述实施例1～3中的步骤（1）参考样品的预处理具体是对厚度为10mm的矩形不锈铁参考样品的上下表面打磨光滑并用清水冲洗干净。在步骤（2）和步骤（3）中，均采用频率为10MHz的收发探头采集不锈铁参考样品和待测样品的底面反射信号，其他的步骤与相应实施例相同。

本发明的方法还可以用于鉴别不锈铁之外的其他常温下化学性质稳定的固态纯金属或其合金，如：铍、镁、铝、铟、锗、锡、铅、锑、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌、钇、鋯、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铱、铂、金等纯金属及上述任意两种或三种或多种构成的二元合金或三元或多元合金，如铜合金、钢合金、铝合金、钛合金、镁合金、镁铝合金，铁锌合金，铜锌合金、球墨铸铁等等。

Claims (3)

1.一种用超声无损探测法对金属的真伪鉴别的方法，由以下步骤组成：

(1)对厚度至少为10mm的金属参考样品，上下表面加工平行，并对其表面进行打磨、清洗干净；

(2)将收发探头固定在金属参考样品的表面上，发射频率为2.5～10MHz脉冲信号并采集金属参考样品的底面反射信号，测定并计算出金属参考样品的声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽；

(3)将待测样品表面打磨并清洗干净，使其表面粗糙度与金属参考样品的粗糙度相同，将步骤(2)的收发探头固定在待测样品的表面上，使其收发探头与待测样品的耦合条件与步骤(2)的耦合条件一致，用与步骤(2)相同的方法测定并计算出待测样品的声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽；

(4)将步骤(3)得到的待测样品的声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽与步骤(2)中金属参考样品的声速、声衰减系数、幅度谱中一次底面回波的峰值频率和带宽以及功率谱中一次底面回波的峰值频率和带宽一一对应进行比较，若六个参量完全一致，则待测样品与金属参考样品材料相同；否则，待测样品与金属参考样品材料不相同，即鉴别出待测样品的真伪；

上述金属为在常温下化学性质稳定的固态纯金属或其二元、三元合金。

2.根据权利要求1所述的用超声无损探测法对金属的真伪鉴别的方法，其特征在于：所述收发探头的频率为2.5～7.5MHz。

3.根据权利要求1所述的用超声无损探测法对金属的真伪鉴别的方法，其特征在于：所述纯金属为铍、镁、铝、铟、锗、锡、铅、锑、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铱、铂以及金。