何海（西藏自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，西藏拉薩，850000）

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新型貴重金屬無損檢測技術(shù)及其應(yīng)用研究

何海
（西藏自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，西藏拉薩，850000）

摘 要：隨著新型貴重金屬的流通，對(duì)金屬檢測工作也提出更高的要求。在以往檢測中，多以有損檢測方式為主，這易對(duì)貴重金屬帶來不同程度的破壞，影響其質(zhì)量性能。為此，本文提出了密度法、射線熒光光譜法、電子探針分析法和化學(xué)分析法等無損檢測技術(shù)，進(jìn)行了比較研究，并將其運(yùn)用于貴重金屬檢測中取得良好效果。本文所提相關(guān)建議將對(duì)貴金屬檢測工作有參考意義。

關(guān)鍵詞：無損檢測技術(shù)；新型貴重金屬；比較研究

引言

無損檢測技術(shù)作為當(dāng)前貴重金屬檢測的重要技術(shù)之一，能夠?qū)F重金屬的物理和化學(xué)特性進(jìn)行判斷。但當(dāng)前無損檢測技術(shù)類型較多，且不同技術(shù)應(yīng)用下具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，若在實(shí)際檢測中未做好這些缺點(diǎn)的控制，極易影響最終檢測結(jié)果。所以做好無損檢測技術(shù)方法的對(duì)比分析工作，保證無損檢測技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得到發(fā)揮，具有十分重要的意義。本文針對(duì)無損檢測技術(shù)在新型貴重金屬中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1 新型貴重金屬的相關(guān)介紹

貴金屬本身就具有產(chǎn)量稀少、價(jià)格昂貴的特點(diǎn)。從貴金屬的元素構(gòu)成看，集中表現(xiàn)在金、鉑、銥、鋨、銀、鈀、銠以及釕等方面。若從化學(xué)元素周期看，這些元素原子序數(shù)分別為76-79、44-47，界定在第六、第五周期中，其化學(xué)和物理性質(zhì)上都較為相同。

由于貴金屬中較多元素具有相同的外電子層結(jié)構(gòu)，如金、銀與鉑等，物化性質(zhì)相近，在熱電性、抗腐蝕性等方面具有優(yōu)勢(shì)；同時(shí)元素催化性能、高溫抗氧性、感光性也是這些元素具備的主要特征。從這些貴金屬優(yōu)勢(shì)特征看，其對(duì)于較多行業(yè)領(lǐng)域都比較適用，如電子工業(yè)、石油精煉、化工以及國防等各行業(yè)都可將貴金屬作為原材料。鉑元素中的絡(luò)合物，能夠起到一定的抗癌作用，醫(yī)藥領(lǐng)域也在開發(fā)研究。除此之外，首飾制造業(yè)中貴金屬市場巨大，如鉑、金、銀等產(chǎn)品檢測市場需求旺盛。需注意的是貴重金屬在投入使用前，應(yīng)做好質(zhì)量檢測工作，而實(shí)際檢測中可應(yīng)用的技術(shù)以無損檢測技術(shù)為主［1］。

2 貴重金屬檢測中常見的無損檢測技術(shù)分析

當(dāng)前市場中流通貴金屬飾品、紀(jì)念幣、裝飾物等具有多樣性特征，人們對(duì)這些貴金屬物品所用材料判斷時(shí)，需引入相應(yīng)的檢測方法。以往檢測中采用的方式多以有損檢測為主，其易導(dǎo)致貴金屬制成品檢測中受到損害。因此，可考慮將無損檢測技術(shù)引入其中，具體有化學(xué)方法、電子探針分析法、X射線熒光光譜、密度法等，不同貴金屬適用于不同的方法。

2.1 密度法

密度法又可稱為水吊法、靜水稱重法，在黃金檢測中極為常見。從密度法實(shí)現(xiàn)的原理看，主要以阿基米德定律的為主，可直接在浸液、空氣中放置貴金屬，在此基礎(chǔ)上就結(jié)合其重量大小，完成金屬密度計(jì)算工作，一般金屬成色會(huì)隨密度增大而愈發(fā)明顯，這樣便可完成金銀成色的判定過程。其中的阿基米德定律，涉及的參數(shù)集中表現(xiàn)在浸液密度、浸液中金屬重量、空氣中金屬重量，分別對(duì)三個(gè)參數(shù)利用p、M1與M進(jìn)行表示，并利用D表示密度，則有D=M×p/（M-M1）。假若需對(duì)黃金含量進(jìn)行計(jì)算，可直接將其他參數(shù)如雜質(zhì)含量、金含量以及質(zhì)量等引入，便能達(dá)到黃金含量計(jì)算的目的［2］。

這種測試方法應(yīng)用中，操作極為簡便，且無需引入精密儀器設(shè)備，無論在檢測原材料或成品方面，都能滿足無損檢測要求，通過實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，一般無損檢測中，僅需控制0.3%的測試差，便可達(dá)到測試目標(biāo)。然而需注意密度法應(yīng)用中，也有一定弊端存在，以首飾的無損檢測為例，若款式以空心形態(tài)為主，此時(shí)利用密度法將首飾置于浸液中，很容易導(dǎo)致就浸液氣泡留存在首飾中，同時(shí)難以具體計(jì)算雜質(zhì)含量以及成分配方等。因此，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合貴金屬實(shí)際檢測要求，判斷密度法是否適用［3］。

2.2 X射線熒光光譜法

對(duì)于貴金屬無損檢測，現(xiàn)行國內(nèi)外較為推崇的方法集中表現(xiàn)在X射線熒光光譜法方面。其在應(yīng)用過程中，會(huì)在樣品選定的基礎(chǔ)上，將X射線引入其中，此時(shí)在X射線作用下，樣品內(nèi)元素將會(huì)有次級(jí)特征X射線產(chǎn)生，對(duì)于該類型射線可被叫做X射線熒光。事實(shí)上，貴重金屬中本身包含不同元素，這些元素所展現(xiàn)的X射線特征也存在明顯差異，僅需對(duì)不同元素X射線特征包括強(qiáng)度、波長等進(jìn)行分析，便可完成元素含量的推算過程。從該種方式的優(yōu)勢(shì)看，表現(xiàn)為：①11-92號(hào)元素都可被檢測，且貴金屬含量測試范圍也較大；②測試中無需考慮樣品形態(tài)問題；③測試效率較高，過程較為簡單；④解決以往測試中成本過高等問題。盡管該方法應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為突出，但其存在的弊端也不容忽視，一般如測試層的薄厚、雜質(zhì)元素的存在的都可能影響測試結(jié)果。同時(shí)實(shí)際檢測中，很容易陷入到一定的誤區(qū)，如對(duì)“熒光”過分關(guān)注，部分檢測人員多會(huì)認(rèn)為，X熒光儀器必須有X光管融入其中，但事實(shí)上僅需保證儀器為X射線激發(fā)，便可作為分析儀。再如檢測人員認(rèn)為分析時(shí)間控制在最小范圍內(nèi)，意味測試效率較高，但若在測量中測試時(shí)間不足，很難保證測量精度。因此，X射線熒光在應(yīng)用于貴金屬檢測中，極易產(chǎn)生較多誤區(qū)，要求做好控制工作［4］。

2.3 電子探針分析法

對(duì)于電子探針分析法，其又可被叫做電子探針X射線顯微分析，可使貴金屬中的具體成分被檢測出來，一般在元素分布狀態(tài)檢測、材料組織結(jié)構(gòu)分析中，這種方法較為適用。從電子探針應(yīng)用原理看，其與X射線熒光方法相近，強(qiáng)調(diào)在對(duì)樣品分析中，從其X射線方面著手，結(jié)合定量、定性等分析方式，但區(qū)別于X射線熒光，電子探針利用點(diǎn)電子束取代X射線，在對(duì)樣品發(fā)生作用后，便能得到相應(yīng)的檢測結(jié)果。通過實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，電子探針分析實(shí)際應(yīng)用過程中，對(duì)于確定包金表層金含量、超出3um厚度的鍍金以及其他各種類型K金，都較為適用。具體檢測貴金屬過程中，電子探針在優(yōu)勢(shì)上集中表現(xiàn)為：①檢測過程快速完成，由于貴金屬本身是良導(dǎo)體，檢測中無需考慮到制樣問題，快速獲取檢測結(jié)果；②檢測精確度較高，與其他無損檢測技術(shù)相比，電子探針測試中不會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，檢測精度極高；③貴重金屬中可能涵蓋少量雜質(zhì)元素，若檢測中忽視對(duì)這些雜質(zhì)元素忽視，極易影響貴金屬的整體性能，而通過電子探針方法，其可直接定性與定量分析金屬中的雜質(zhì)物質(zhì)［5］。

貴重金屬檢測中電子探針的引入，也存在一定弊端，如在貴重金屬檢測時(shí)需保證電子探針儀器可發(fā)揮作用。該儀器應(yīng)用下需投入較高的測試成本，有相關(guān)統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)：若涉及較多測試點(diǎn)，每點(diǎn)將需要50元左右的測試費(fèi)用，這對(duì)于商業(yè)檢測并不適用。而且電子探針應(yīng)用下強(qiáng)調(diào)掃描過程中充分發(fā)揮電子束的作用，但電子束通常難以檢測深度較大的材料，如鍍層較厚金屬、包金層較厚的材料，檢測中很難對(duì)材質(zhì)含量、成分進(jìn)行有效檢測。再如金屬以不規(guī)則形態(tài)為主或體積過大，檢測中也難以取得良好的效果。另外，檢測中電子探針采用的方式以微區(qū)分析方法為主，最終測定的結(jié)果不具備得較強(qiáng)的代表性［6］。

2.4 化學(xué)分析法

目前在對(duì)黃金、銀純度測量，以及其他元素如鈀、銠與鉑等元素純度測定中，須引入相應(yīng)的化學(xué)分析方法，應(yīng)用過程中可直接將化學(xué)試劑引入其中，對(duì)檢測對(duì)象中的雜質(zhì)元素進(jìn)行消除，并測定元素含量比例。以化學(xué)分析法中的灰吹法為例，其多適用于首飾含金量檢測過程中。例如對(duì)于不存在銠、鉑等物質(zhì)的樣品，若樣品在K金首飾含金量或其他金成分含量上以33.30%～99.95%為主，灰吹法的應(yīng)用可起到明顯效果。從灰吹法應(yīng)用原理看，應(yīng)用過程中需適量的銀融入試樣中，并選取多孔性灰皿作為載體，將試樣放置其中，在此基礎(chǔ)上采取氧化灰吹。檢測過程中，灰皿會(huì)吸收其中的雜質(zhì)以及鉛氧化物，最后剩余的物質(zhì)將以金銀物質(zhì)為主。此時(shí)可利用硝酸，將金銀物質(zhì)中的銀進(jìn)行溶解，確保金銀得以分離，僅需做好金重量的稱量，便完成含金量的最終確定。從這種灰吹法應(yīng)用的相關(guān)要求看，其在優(yōu)勢(shì)上極為明顯，以33.30%～50.00%含金量為例，樣品檢測中灰吹法允許差僅保持為0.05%；再如99.00%～99.95%含金量樣品，灰吹法應(yīng)用下的允許差為0.02%，充分說明灰吹法測試精度較高。但實(shí)際應(yīng)用中，灰吹法測試中不足之處表現(xiàn)為：第一，在含金量測試時(shí)，所選取的樣品應(yīng)做好處理后才可利用灰吹法，如酸液浸煮、高溫煅燒等。第二，灰吹法測試中，假若樣品以首飾物品為主，其中的花紋部分、首飾焊點(diǎn)，在處理時(shí)容易受到損害，這樣首飾價(jià)值性、裝飾性由此受到影響，對(duì)于商業(yè)中無損檢測難以適用。第三，灰吹法測試中涉及的工序較為繁瑣，一般需耗費(fèi)較長的檢測時(shí)間，與商業(yè)檢測中的快速、簡便等要求相背離。因此，貴金屬無損檢測中，灰吹法應(yīng)慎重考慮［7］。

另外化學(xué)方法也需以條痕法為主。這種方法實(shí)質(zhì)為半定量檢測方法，一般對(duì)于商業(yè)檢測極為適用。從無損檢測中條痕法的應(yīng)用原理看，其類似于點(diǎn)滴法試驗(yàn)，判斷酸溶液中不同金屬如鉑、銅、金、銀等元素溶解情況。以金元素為例，其在酸溶液如鹽酸、硫酸與硝酸中都處于不溶狀態(tài)；再如銀元素，鹽酸與硫酸溶液中元素以不溶狀態(tài)為主，而在硝酸中能夠溶解。這種方法應(yīng)用下，對(duì)設(shè)備要求不高，而且操作過程較為便捷，對(duì)于金銀成色判定可起到明顯效果。但實(shí)際應(yīng)用中也存在一定的弊端，以首飾為例，條痕法檢測中要求進(jìn)行刻痕，這樣已完成電鍍、拋光處理的首飾在外觀上會(huì)受到破壞，首飾裝飾性由此被破壞。另外，條痕法應(yīng)用下，通常僅局限于半定量分析含金量方面，最終得到的含量值在精度上難以保障。所以條痕法應(yīng)用中也有弊端［8］。

3 無損檢測方法的對(duì)比分析

綜合貴重金屬檢測中應(yīng)用的無損檢測技術(shù)，以密度法為例，假若金屬形狀以不規(guī)則形態(tài)為主，測試結(jié)果準(zhǔn)確性將難以得到保證。再如X射線熒光，其在實(shí)際檢測過程中會(huì)因雜質(zhì)元素的存在而導(dǎo)致測試結(jié)果較大，所以建議在分析儀選用中以大型為主，其可使測試結(jié)果較為準(zhǔn)確。同時(shí)，在具體測試中也可發(fā)現(xiàn)，盡管密度法應(yīng)用下，金屬在浸液中的殘存氣泡可被消除，然而因金屬中的雜質(zhì)含量、成分難以確定，所以測試效果仍會(huì)受到影響。對(duì)于X射線熒光，若分析儀為小型，由于有較多雜質(zhì)因素對(duì)測試過程進(jìn)行干擾，測試進(jìn)度難以保證，可考慮結(jié)合具體圖譜，將元素固定峰位明確，在此基礎(chǔ)上采取定性分析方法，對(duì)雜質(zhì)元素情況進(jìn)行判斷，有利于檢測精確度的提高。例如，一般首飾中包含的鎳、銠、鋅會(huì)以雜質(zhì)形式呈現(xiàn)出來，此時(shí)對(duì)三個(gè)雜質(zhì)元素做好峰位標(biāo)定工作，有利于雜質(zhì)情況的判斷。需注意的是假若測試中需消除測試面影響，則要求綜合判斷多個(gè)測試面，保證雜質(zhì)影響情況被有效分析。另外，若光譜分析儀為大型，盡管其可使雜質(zhì)元素干擾問題得以解決，但要求得其在應(yīng)用過程中有具體標(biāo)樣作為參考，若盲目開展測試，極易導(dǎo)致金屬內(nèi)部基質(zhì)無法被判斷出來［9］。

表1 不同無損檢測技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與弊端

事實(shí)上，另外幾種無損檢測技術(shù)亦是如此，在檢測過程中會(huì)因干擾因素的存在而出現(xiàn)檢測盲區(qū)，都難以保證測試結(jié)果的可靠。現(xiàn)行國內(nèi)在金屬含金量測試中，多依托于無損定量分析方式，其強(qiáng)調(diào)在密度法應(yīng)用下，將其他無損檢測方法引入其中，如X射線熒光分析、電子探針分析等。且要求在測試過程中引入相應(yīng)的雜質(zhì)密度等參數(shù)，可推算出具體的含金量。這種多種方法相互結(jié)合的形式，可使樣品包含的元素被有效分析出來，元素含量可通過定量分析得以確定，有利于解決無損檢測中雜質(zhì)元素的干擾問題［10］。

4 貴重金屬無損檢測的相關(guān)建議

不同無損檢測技術(shù)都有一定的優(yōu)勢(shì)與不足，具體建議：

（1）多種方法聯(lián)合使用

實(shí)際就檢測過程中應(yīng)認(rèn)識(shí)到，若檢測對(duì)象為空心飾品，采用密度法時(shí)將會(huì)有測試盲區(qū)出現(xiàn)。尤其在測試對(duì)象包含過多組分時(shí)，計(jì)算結(jié)果也不準(zhǔn)確。所以在檢測過程中建議檢測技術(shù)聯(lián)合使用，如電子探針、X射線熒光組合使用，可解決測試盲區(qū)問題，而且雜質(zhì)含量也能被有效測定。而在X射線熒光方法應(yīng)用下，其在測試中，影響因素問題集中表現(xiàn)在雜質(zhì)干擾、測試面選擇等問題上，要求實(shí)際應(yīng)用過程中，針對(duì)存在的雜質(zhì)干擾問題，需采取定性分析方式，確定雜質(zhì)類型，在此基礎(chǔ)上對(duì)雜質(zhì)含量值進(jìn)行判定。

（2）選擇主體部分檢測

對(duì)于測試面問題，應(yīng)注意以大而平整面為主，并對(duì)測試面采取反復(fù)測試操作，綜合分析每次測試，最終以平均值定結(jié)果。另外使用化學(xué)分析方法時(shí)，盡管測試中可取得精確度較高的結(jié)果，但由于測試過程中耗時(shí)較長，容易對(duì)金屬樣品產(chǎn)生一定的破壞，所以在商業(yè)檢測中也難以適用。

綜合來看，現(xiàn)行無損檢測技術(shù)應(yīng)用下，對(duì)于貴重金屬檢測所取得的效果差異較為明顯，結(jié)合實(shí)際測試要求對(duì)不同檢測技術(shù)進(jìn)行選擇［11］。

5 結(jié)論

無損檢測技術(shù)方法是現(xiàn)代新型貴重金屬檢測的技術(shù)保障。實(shí)際引入無損檢測技術(shù)時(shí)，應(yīng)正確認(rèn)識(shí)貴重金屬的化物性能，慎重選擇檢測方法，確保所選擇的檢測方法優(yōu)勢(shì)得到發(fā)揮，不足之處得到控制，采取相應(yīng)的較優(yōu)策略，這樣才可使無損檢測技術(shù)的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 韓磊，門守強(qiáng).金屬無損檢測技術(shù)仿真軟件COMSOL Multiphysics［J］.科技信息，2014，03：104-105.

［2］ 馬保全，周正干.航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)非接觸無損檢測技術(shù)的進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)［J］.航空學(xué)報(bào)，2014，07：1787-1803.

［3］ 周正干，劉斯明.非線性無損檢測技術(shù)的研究、應(yīng)用和發(fā)展［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011，08：2-11.

［4］ 劉栓，趙海超，顧林，戴雷，陳建敏，余海斌.有機(jī)涂層/金屬腐蝕無損檢測技術(shù)研究進(jìn)展［J］.電鍍與涂飾，2014，22：993-997.

［5］ 宮宇帝.金屬材料焊接中超聲無損檢測技術(shù)的有效應(yīng)用探析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，12：115.

［6］ 朱卉.淺析水利金屬結(jié)構(gòu)的鋼焊縫無損檢測技術(shù)［J］.黑龍江科技信息，2015，30：112.

［7］ 閆富榮.金屬焊縫的紅外無損檢測技術(shù)的研究［D］.天津理工大學(xué)，2011.

［8］ 李偉鋒.基于電磁感應(yīng)法的地下金屬管線無損檢測技術(shù)的研究［D］.哈爾濱理工大學(xué)，2011.

［9］ 韓紅芹.超聲無損檢測技術(shù)在金屬材料焊接中的應(yīng)用研究［D］.吉林大學(xué)，2011.

［10］劉斌.涂層下金屬腐蝕無損檢測技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.上海涂料，2012，05：53-55.

［11］梁棟.基于電磁激勵(lì)紅外熱成像技術(shù)的金屬構(gòu)件無損檢測［D］.江蘇理工學(xué)院，2015.

Study Application on Metal Non-destructive Testing of New type of Precious

Hai He
（Products Quality Supervision and Inspection of Tibet Autonomous Region， Lasa， 850000， China）

Abstract：With the rapid flow of new precious metal， also put forward higher requirements for metal detection.More than in previous tests， detection methods is mainly on damage， it is easy to bring different degree of damage and affect its quality performance.So this paper presented a density method， X-ray fluorescence spectrometry， electron probe analysis and nondestructive testing technology such as chemical analysis， also has carried on the comparative study， and applied it in the precious metal detection.These methods obtained good effects.This paper proposed suggestions that has a reference value for future.

Key words：Non-destructive Testing Technology； New Type of Precious Metals； Comparative Study

中圖分類號(hào)：TH878

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-8412 （2016） 02-242-05

DOI：工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.032

作者簡介：

何海（1979-），男，本科，畢業(yè)于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，中級(jí)工程師。研究方向：質(zhì)量管理。