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電線金屬絲化學成分的能譜
電線金屬絲化學成分的能譜
【摘 要】隨機抽取市場上出售的三種不同規格的電線，用牛津能譜儀對其材料的化學成分進行了檢測，結果表明三種電線是三種不同的材料制成，分別是黃銅、鋁和鐵，并且其材料表面鍍了一層純度很高的銅。
與其他化學成分檢測方法相比，能譜法不破壞金屬材料的結構，所需樣品少，檢測速度快，分析結果準確。
【關鍵詞】檢驗方法;樣品的制備
0.前言
金屬材料廣泛應用于社會的各個方面，對工業、農業及社會經濟的發展起著非常重要的作用。
人類文明的發展和社會的進步同金屬材料關系十分密切。
繼石器時代之后出現的銅器時代、鐵器時代，均以金屬材料的應用為其時代的顯著標志。
現代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會發展的重要物質基礎[1]。
不同金屬材料的性能不同，如常見的鋼、銅和鋁等金屬材料，它們的硬度和力學性能均不同，因此其應用的范圍也不同。
由于銅具有較低的電阻及較好的電傳輸性能，因此在電線電纜的制造中用銅金屬作為原料。
電線電纜是用戶在用電過程中必不可少的材料，其質量的好壞，直接關系到千家萬戶的用電安全。
因此，在購買或選用時，如何快速、準確檢查電線(補償導線，補償電纜，屏蔽補償導線，屏蔽補償電纜，耐高溫補償導線，耐高溫補償電纜，計算機屏蔽電纜，K型補償導線，S型補償導線等電線電纜)質量的好壞，是廣大電工及用戶必須掌握的技能。
作為質檢系統，有職責任對市場上的產品質量進行監督和檢驗。
在例行市場抽檢的過程中，針對市場上存在的大量的電線電纜，隨機抽取了三種不同規格的電線，拿回質檢所實驗室進行檢驗。
1.檢驗方法的選擇
對金屬材料化學元素成分的檢測方法有很多，主要有化學法和儀器法。
針對不同的產品，選擇合適的方法進行檢測。
由于化學方法制樣比較復雜，因此現在一般都采用儀器法。
儀器法檢測金屬材料化學成分最常用的方法有濕法和干法兩種：濕法常用的有化學滴定法、分光光度法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子發射光譜法等;干法常用的有火花源發射光譜法、手持X射線熒光光譜法、能譜法等;濕法的前提是將材料溶化配成溶液再進行檢測，這對取樣的要求和樣品制備過程很嚴格，操作過程中對分析結果影響很大，而且分析速度慢，不確定度高。
并且由于制樣會對樣品的組織結構造成破壞，會造成對其結構檢測或者留樣復檢等造成影響;干法檢測則只需要取材料的一塊固體樣品，檢測后不會對樣品造成破壞。
火花源發射光譜法和手持X射線熒光光譜法是使用激發源在樣品表面激發，通過檢測激發信號來檢測其化學成分，其激發范圍一般在1平方厘米左右，尤其是火花源發射光譜法，在檢測完材料后會在材料表面留下一個很大的激發痕跡，因此用火花源發射光譜儀、手持X射線熒光光譜儀需要金屬材料有一個較大較平的表面，如果是粉末狀或金屬絲狀的材料，則需要進行高溫熔煉或其他復雜的制樣過程，這樣比化學法檢測更為復雜。
而本次抽取的電線，其金屬絲都非常細，因此用火花源發射光譜法、手持X射線熒光光譜法不合適。
能譜分析也是干法分析的一種，但能譜儀分析元素的最大特點是微曲分析，最小可以對選定的幾個平方納米的區域進行元素成分分析。
因此用能譜儀分析金屬絲的主要化學成分是最佳選擇[2]。
能譜儀(Energy Dispersive Spectrometer)是用來對材料微區成分元素種類與含量分析，配合掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡的使用。
其最大的缺點是設備比較貴，一般的實驗室可能沒有這么昂貴的設備。
2.樣品的制備
將電線皮剝開，用小鉗子或者剪子將電線剪下長度在3mm左右的小塊，標好記號。
用導電膠帶將電線粘在掃描電子顯微鏡專業樣品座上，放入樣品倉中，準備分析樣品。
3.結果與分析
調節設備的參數，對電線金屬絲進行檢測。
選擇掃描電子顯微鏡加速電壓為20KV，工作距離為10mm，對銅絲的截面進行觀察，其形貌如圖1。
圖1 金屬絲的截面結構
圖1是金屬絲的截面結構，其中標注譜圖1處是準備做能譜分析的區域。
其能譜圖如圖2。
圖2 金屬絲的能譜圖
圖2是樣品的能譜圖，其中橫坐標是激發的X射線能量，單位是KeV，不同元素激發特征峰的位置不同，據此計算機軟件根據橫坐標的位置定性的判斷是何種元素;縱坐標是強度，根據強度大小計算各種元素的含量[3]。
從圖2中可以看出，金屬絲的主要化學成分是Al，含有少量的Mg，Cu和Fe元素。
其中Al的含量高達96%。
而同時用能譜儀檢測該金屬絲表面(非截面)的化學成分，結果顯示其表面的化學元素主要是Cu，含量高達98%。
因此可以斷定該金屬絲是鋁絲表面鍍了一層銅。
由于鋁不適合做電線，而且還在表面鍍了一層純銅，因此可以判斷該電線是不合格產品。
對另外2根電線進行檢測，檢測結果是：只有一根電線化學元素是Cu和Zn，也就是黃銅材料，另外一根電線的化學元素主要是Fe，并且其表面鍍了一層銅。
4.結論
選用能譜儀對電線金屬絲進行化學成分的檢測相對其他方法快速方便，其缺點是設備太貴。
檢測結果表明三種不同的電線金屬絲其化學成分不同，分別是黃銅、鋁和鐵金屬材料。
因此廣大消費者在購買電線電纜產品時要注意辨明產品質量好壞，盡量選擇正規公司的產品，發現有假劣偽冒產品及時向工商部門或者質檢部門反應。
【參考文獻】
[1]劉培生，李鐵藩，傅超.多孔金屬材料的應用[J].功能材料，2001(01).
[2]宓小川.X射線衍射能譜法測定金屬板材織構[J].寶鋼技術，2005(S1).
[3]楊化宇，寇艷麗，郭海霞等.能譜儀在金屬封裝器件外觀檢測中的應用[J].現代測量與實驗室管理，2009(6).
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