CN103674649A - 一种1420铝锂合金光谱标准样品制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，包括步骤：成分设计，按设计质量比称取相应重量的熔炼原料；将熔炼原料放入熔炼设备中熔化；待熔化后取样分析，根据分析结果，采用分步调整化学成分法进行化学成分调整，最后调整Li元素，加Li时用LiF+LiCl熔剂覆盖；铸造前用氩气精炼，铸造时流槽用氩气保护，铸造成铸锭，并在铸锭上切取偏析检验试片和金相检验试片，进行检验；将检验合格后的铸锭进行车皮、均匀化热处理以及挤压，切割挤压形成的棒材形成标准样品。经上述方法制造的标准样品，可以满足1420铝锂合金的化学成分分析、成分控制，特别是钠含量的准确测定，能够为铝锂合金的正常生产和质量检验提供校正标准。

Description

一种1420铝锂合金光谱标准样品制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金标准样品制备技术领域，特别涉及一种1420铝锂合金光谱标准样品制备方法。

背景技术

在金属材料的化学成分检测领域，光电光谱分析法因其快速、准确、环保、操作简便等特点，得到愈来愈方泛的应用。但使用光电光谱分析法分析金属材料成分有个前提，就是在分析之前，必须有相对应的合金标准样品，用于绘制工作曲线和校正分析结果，以保证分析结果的准确度。

现有技术中，由于价格昂贵且难以买到，含钠的1420铝锂合金没有专用的光谱标准样品，在对其进行化学成分控制和分析时，只能使用不含钠的通用铝锂合金标样，分析误差较大，尤其是在对钠的含量有要求时，由于没有相应光谱标样可溯源，光谱法无法进行准确分析，给1420铝锂合金的批量生产带来很大困难。

因此，如何提供一种1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，以便于分析、控制和确定1420铝锂合金中钠的含量，确保铝锂合金的正常生产和质量受控，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，以达到便于分析、控制和确定1420铝锂合金中钠的含量，确保铝锂合金的正常生产和质量受控的目的。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案：

一种1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，包括步骤：

1）成分设计，要求其铸锭化学成分按质量满足：Si 0.02～0.3%，Fe0.05～0.3%，Cu 0.01～0.3%，Mn 0.01～0.3%，Mg 3.0～6.0%，Ni 0.01～0.1%，Zn0.01～0.3%，Ti 0.01～0.1%，Zr 0.01～0.2%，Li 1.0～2.5%，Na 5～70ppm，其余为Al和不可避免的杂质，按上述质量比称取相应重量的熔炼原料；

2）将所述熔炼原料放入熔炼设备中，升温熔化；待熔化后取样分析，根据分析结果，采用分步调整化学成分法进行化学成分调整，最后调整Li元素，加入Li元素时用LiF+LiCl熔剂覆盖；

3）铸造前用氩气精炼，铸造时流槽用氩气保护，铸造成铸锭，并在所述铸锭上切取偏析检验试片和金相检验试片，进行检验；

4）将检验合格后的所述铸锭进行车皮、均匀化热处理以及挤压，对挤压后形成的棒材进行切割形成标准样品。

优选的，在所述步骤3）中，铸造温度为725～735℃，铸造速度为70～75mm/min，冷却水压0.06～0.08MPa。

优选的，在所述步骤3）中，所述铸锭为Φ124mm的圆锭。

优选的，在所述步骤4）中，均匀化热处理的工艺参数为炉温470～475℃，在455～460℃下保温32小时，然后随炉冷却至室温。

优选的，在所述步骤4）中，挤压的工艺参数为挤压筒温度410℃，挤压温度410℃，挤压速度3～5mm/s。

优选的，所述步骤4）为将检验合格后的所述铸锭进行车皮、均匀化热处理以及挤压，形成Φ45mm的棒材，然后切割成Φ45×35mm的圆柱状标准样品并打上标记。

优选的，在所述步骤2）中，当Na含量高时，采用四氯化碳除钠。

优选的，所述步骤4）之后，还包括步骤：

5）随机抽取一定量的所述标准样品进行均匀性检验，检验合格后铣制定值样品；

6）对所述定值样品分析定值；

7）将所述步骤6）中获得的定值结果进行数理统计，并确定所述标准样品的标准值和不确定度。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，包括步骤：成分设计，要求其铸锭化学成分按质量满足：Si 0.02～0.3%，Fe 0.05～0.3%，Cu 0.01～0.3%，Mn 0.01～0.3%，Mg 3.0～6.0%，Ni 0.01～0.1%，Zn 0.01～0.3%，Ti 0.01～0.1%，Zr 0.01～0.2%，Li 1.0～2.5%，Na 5～70ppm，其余为Al和不可避免的杂质，按上述质量比称取相应重量的熔炼原料；将熔炼原料放入熔炼设备中，升温熔化；待熔化后取样分析，根据分析结果，采用分步调整化学成分法进行化学成分调整，最后调整Li元素，加入Li元素时用LiF+LiCl熔剂覆盖；铸造前用氩气精炼，铸造时流槽用氩气保护，铸造成铸锭，并在铸锭上切取偏析检验试片和金相检验试片，进行检验；4）将检验合格后的铸锭进行车皮、均匀化热处理以及挤压，对挤压后形成的棒材进行切割形成标准样品。

经上述方法生产出的1420铝锂合金光谱标准样品，在铝中还含有Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Ni、Zn、Ti、Zr、Li以及Na十一种元素，可以满足1420铝锂合金的化学成分分析、成分控制，特别是钠含量的准确测定，能够为铝锂合金的正常生产和质量检验提供校正标准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例提供的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法的流程图；

图2为本发明另一种实施例提供的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的标准样品铸锭成分偏析检验光谱激发斑点位置图。

具体实施方式

本发明提供了一种1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，以达到便于分析、控制和确定1420铝锂合金中钠的含量，确保铝锂合金的正常生产和质量受控的目的。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明一种实施例提供的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法的流程图。

本发明提供的一种1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，包括步骤：

S1：成分设计，要求其铸锭化学成分按质量满足：Si 0.02～0.3%，Fe0.05～0.3%，Cu 0.01～0.3%，Mn 0.01～0.3%，Mg 3.0～6.0%，Ni 0.01～0.1%，Zn0.01～0.3%，Ti 0.01～0.1%，Zr 0.01～0.2%，Li 1.0～2.5%，Na 5～70ppm，其余为Al和不可避免的杂质，按上述质量比称取相应重量的熔炼原料；

S2：将熔炼原料放入熔炼设备中，升温熔化；待熔化后取样分析，根据分析结果，采用分步调整化学成分法进行化学成分调整，最后调整Li元素，加入Li元素时用LiF+LiCl熔剂覆盖；

S3：铸造前用氩气精炼，铸造时流槽用氩气保护，铸造成铸锭，并在铸锭上切取偏析检验试片和金相检验试片，进行检验；

S4：将检验合格后的铸锭进行车皮、均匀化热处理以及挤压，对挤压后形成的棒材进行切割形成标准样品。

步骤S2中使用的分步调整化学成分法就是先调整Si、Fe、Cu、Mn、Ni、Ti、Zr、Zn、Mg、Na，最后调整Li。

与现有技术相比，本发明提供的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，生产出的1420铝锂合金光谱标准样品，在铝中还含有Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Ni、Zn、Ti、Zr、Li以及Na十一种元素，可以满足1420铝锂合金的化学成分分析、成分控制以及钠含量的确定，能够为铝锂合金的正常生产和质量检验提供依据。

在铸造过程中，铸造工艺参数对铸锭的性能有着重大影响，在本发明一种实施例中，步骤S3中铸锭时，采用的铸造工艺参数如下：铸造温度为725～735℃，铸造速度为70～75mm/min，冷却水压0.06～0.08MPa。进一步的，步骤S3中最终生产出来的铸锭为Φ124mm的圆锭。

由于铸锭中的Li、Mg、Na等元素易烧损，且容易造成偏析，因此，为了消除铸锭的内应力，提高生产出的标准样品的均匀性和加工性能，需要在结晶温度下对标准样品铸锭进行均匀化热处理，在本发明一种实施例中，均匀化热处理的工艺参数为炉温470～475℃，在455～460℃下保温32小时，然后随炉冷却至室温。

为了进一步提高标准样品的组织均匀性，在本发明一种实施例中，对铸锭进行挤压使之变形成Φ45mm棒材，然后切割成Φ45×35mm的圆柱状标准样品并打上标记，优选的，使用2000吨油压挤压机进行挤压，挤压的工艺参数为挤压筒温度410℃，挤压温度410℃，挤压速度3～5mm/s。

由于1420铝锂合金中含有少量的Na，且Na的性质较为活泼，容易烧损，因此，如何有效的对铸锭进行加Na或者除Na，成为能否最终获得合格样品的关键，在本发明一种实施例中，Na的加入采用用铝箔把称重后的Na包裹起来，加入熔化的熔炼原料中，并用覆盖剂覆盖好，然后充分搅拌，使Na均匀分布在原料中；在Na的含量较高时，采用四氯化碳除钠，步骤如下，把保温砖加热至400-500℃，保温4-6小时后，自然冷却至室温，然后将保温砖置于装有四氯化碳的容器中浸泡24小时以上，使保温砖充分吸附四氯化碳，用铁丝把浸泡好的保温砖捆到铁耙子上形成除钠装置，将除钠装置捆有保温砖的一端伸入熔化的原料中轻轻的移动，时间视具体情况而定。

请参阅图2，图2为本发明另一种实施例提供的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法的流程图。在本发明另一种实施例中，步骤S4之后还包括步骤：

S5：随机抽取一定量的标准样品进行均匀性检验，检验合格后铣制定值样品；

S6：对定值样品分析定值；

S7：将步骤S6中获得的定值结果进行数理统计，并确定标准样品的标准值和不确定度。

根据铝锂合金1420的设计成分，使用上述的制备方法，本发明实施例提供的一套五种铝锂合金光谱标准样品，具体如下：

（1）E9031铝锂合金光谱标准样品，除铝之外还含有如下质量比的元素：

Si 0.02%、Fe 0.05%、Cu 0.010%、Mn 0.010%、Mg 6.0%、Ni 0.010%、Zn0.010%、Ti 0.010%、Zr 0.010%、Li 1.0%和Na 5ppm。

（2）E9032铝锂合金光谱标准样品，除铝之外还含有如下质量比的元素：

Si 0.10%、Fe 0.15%、Cu 0.10%、Mn 0.080%、Mg 5.0%、Ni 0.060%、Zn 0.10%、Ti 0.050%、Zr 0.10%、Li 2.2%和Na 40ppm。

（3）E9033铝锂合金光谱标准样品，除铝之外还含有如下质量比的元素：

Si 0.15%、Fe 0.10%、Cu 0.06%、Mn 0.13%、Mg 3.8%、Ni 0.03%、Zn 0.06%、Ti 0.03%、Zr 0.06%、Li 1.4%和Na 30ppm。

（4）E9034铝锂合金光谱标准样品，除铝之外还含有如下质量比的元素：

Si 0.25%、Fe 0.23%、Cu 0.22%、Mn 0.20%、Mg 3.3%、Ni 0.10%、Zn 0.27%、Ti 0.07%、Zr 0.17%、Li 2.7%和Na 70ppm。

（5）E9035铝锂合金光谱标准样品，除铝之外还含有如下质量比的元素：

Si 0.30%、Fe 0.30%、Cu 0.30%、Mn 0.30%、Mg 2.8%、Ni 0.13%、Zn 0.18%、Ti 0.12%、Zr 0.20%、Li 3.3%和Na 20ppm。

上述的铝锂合金光谱标准样品在生产过程中，铸锭完成后必须经过偏析检验和金相检验，合格后才能够进入下面的步骤，在检验之前需要先获取偏析检验试片和金相检验试片。首先要将铸锭的表皮车去5mm，在铸锭的头尾各切去长度为120～200mm的部分，然后在两端先切取厚度为20mm的两个柱状试片作为金相检验试片，其后在剩余部分的两端切取厚度为20mm的两个柱状试片作为偏析检验试片。

对金相检验试片进行高低倍检查，如果铸锭组织致密、均匀，则合格；如铸锭有气孔、夹杂、裂纹等冶金缺陷，则不合格。

为了检验铸锭成分的均匀性，对偏析检验试片进行成分偏析检验，请参阅图3，图3为本发明实施例提供的标准样品铸锭成分偏析检验光谱激发斑点位置图。按图3所示取点进行光谱分析，在偏析检验试片上从中心向边缘各取A1～A5五组数据，每组数据为二次火花的平均结果。用五组数据成分差异的大小表示铸锭径向成分偏析程度，用铸锭的两个偏析检验试片各自五组数据平均值之差的大小表示铸锭纵向偏析程度。具体检查方法如下：

①径向偏析检验〔达威特（ＤＡＲＶＩＤ）检验〕

若R/S＞dα.ｎ  则径向有偏析

若R/S≤dα.ｎ  则径向无偏析

式中R—极差  S—标准偏差

dα.ｎ—与α.ｎ有关的统计常数（这里dα.ｎ＝2.753）

②纵向偏析检验（t检验）：若t₀＞t_α·ν，则纵向有偏析；若t₀≤t_α·ν，则纵向无偏析。

式中： $t_0=\frac{|{\stackrel{\‾}{X}}_1-\stackrel{\‾}{X_2}|}{\sqrt{{S_1}^2+{S_2}^2}}\sqrt{n}$

——两试片各自平均值；n——取点数（n=5）；

S₁、S₂——两试片的标准偏差；

t_α·ν——由α·ν=n-1决定的统计常数（这里t_α·ν取2.306）

铸锭偏析检验结果说明径向、纵向均无偏析。

上述检验合格后，就可以对铸锭进行车皮、均匀化热处理以及挤压，并最终锯切成标准样品，制成标准样品后，需要对标准样品的均匀性进行检验。标准样品的均匀性是标准样品的最关键指标之一，标准样品化学成分必须均匀，根据GB/T15000和YS/T409规定，采用极差法对随机抽样进行均匀性检验，为消除仪器漂移和光源波动的影响，采用交替操作法替代以前的连续操作法进行均匀性检验。

极差法检验公式如下：

R₀≤AR，则总体均匀；若R₀＞AR，则总体不均匀。

式中：

R=∑Υ_i/m

—样品的最大组内平均值；

—样品的最小组内平均值；

R—各样品的组内极差平均值；

A—与抽样数（m）、每次火花次数（n）及置信度（α）有关的常数。

本发明实施例提供的5种标准样品的均匀性检验结果见表1-表5。

表1 E9031铝锂合金光谱标准样品极差法检验结果

表2 E9032铝锂合金光谱标准样品极差法检验结果

表3 E9033铝锂合金光谱标准样品极差法检验结果

表4 E9034铝锂合金光谱标准样品极差法检验结果

表5 E9035铝锂合金光谱标准样品极差法检验结果

从表1-表5可见，各元素均匀性全部合格。

标准样品的最终定值也是标准样品的最关键指标之一，定值必须准确可靠。根据GB/T15000和YS/T409规定，委托国家轻金属质量监督检验中心等八个实验室协作分析定值，以避免单一检验单位操作误差和所用设备造成的误差对最终结果的影响过大。各实验室分析方法见表6。

表6 各实验室分析方法

随机抽取五套标准样品，在QSG750型光谱仪上制作工作曲线，其相关系数（PCT）见表7。

表7 1420铝锂合金标准样品相关系数

从表中可以看出，1420铝锂合金标准样品的相关系数（PCT）均达到0.995以上，符合设计要求。

生产考核，为了检查本标准样品的应用效果，我们委托重庆西南铝合金加工研究所用本标准样品在ARL4460、PDA6000两台进口光谱仪上制作工作曲线分析样品，其分析结果与化学结果相符，生产考核结果见表8。

表8 生产考核结果，%

比对试验，为了考察本标准样品的水平，我们把本标准样品与国外（俄罗斯）同类标准样品（371-376）进行了比对，比对结果如下：

①标准值含量范围，参见表9。

表9 标准值含量范围比较

从表9可见，本标准样品标准值的跨度范围和梯度与国外标准样品接近,且多Mn、Zn、Ni和Na元素，比国外标准样品适应的范围更广。

②均匀性比较，参见表10。

表10 均匀性比较（10次结果）

注：①——含量（%）；②——相对标准偏差（%）。

因国外标准样品标准值未提供不确定度，标准样品的不确定度无法进行比较，仅能通过均匀性试验的波动系数进行比对。从表10可见，本标准样品各元素均匀性均比国外标准样品的好。

③呈线性比较，分别取本标准样品、俄罗斯标准样品各一套，用最佳分析条件制作工作曲线，求出其相关系数，参见表11。

表11 工作曲线相关系数比较

从表11可以看出，本标准样品工作曲线相关系数除Fe、Ti、Li与国外标准样品相当外，其余元素均比国外标准样品的好。

综上所述，本标样在所含元素个数、元素含量跨度、均匀性和工作曲线相关系数等主要技术指标均达到或超过国外同类进口标准样品水平。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，其特征在于，包括步骤：

1）成分设计，要求其铸锭化学成分按质量满足：Si 0.02～0.3%，Fe0.05～0.3%，Cu 0.01～0.3%，Mn 0.01～0.3%，Mg 3.0～6.0%，Ni 0.01～0.1%，Zn0.01～0.3%，Ti 0.01～0.1%，Zr 0.01～0.2%，Li 1.0～2.5%，Na 5～70ppm，其余为Al和不可避免的杂质，按上述质量比称取相应重量的熔炼原料；

2）将所述熔炼原料放入熔炼设备中，升温熔化；待熔化后取样分析，根据分析结果，采用分步调整化学成分法进行化学成分调整，最后调整Li元素，加入Li元素时用LiF+LiCl熔剂覆盖；

3）铸造前用氩气精炼，铸造时流槽用氩气保护，铸造成铸锭，并在所述铸锭上切取偏析检验试片和金相检验试片，进行检验；

4）将检验合格后的所述铸锭进行车皮、均匀化热处理以及挤压，对挤压后形成的棒材进行切割形成标准样品。

2.根据权利要求1所述的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，其特征在于，在所述步骤3）中，铸造温度为725～735℃，铸造速度为70～75mm/min，冷却水压0.06～0.08MPa。

3.根据权利要求1所述的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，其特征在于，在所述步骤3）中，所述铸锭为Φ124mm的圆锭。

4.根据权利要求1所述的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，其特征在于，在所述步骤4）中，均匀化热处理的工艺参数为炉温470～475℃，在455～460℃下保温32小时，然后随炉冷却至室温。

5.根据权利要求1所述的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，其特征在于，在所述步骤4）中，挤压的工艺参数为挤压筒温度410℃，挤压温度410℃，挤压速度3～5mm/s。

6.根据权利要求1所述的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，其特征在于，所述步骤4）为将检验合格后的所述铸锭进行车皮、均匀化热处理以及挤压，形成Φ45mm的棒材，然后切割成Φ45×35mm的圆柱状标准样品并打上标记。

7.根据权利要求1所述的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，其特征在于，在所述步骤2）中，当Na含量高时，采用四氯化碳除钠。

8.根据权利要求1所述的1420铝锂合金光谱标准样品制备方法，其特征在于，所述步骤4）之后，还包括步骤：

5）随机抽取一定量的所述标准样品进行均匀性检验，检验合格后铣制定值样品；

6）对所述定值样品分析定值；

7）将所述步骤6）中获得的定值结果进行数理统计，并确定所述标准样品的标准值和不确定度。

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