Los métodos para analizar y probar la composición de materiales metálicos han evolucionado con el tiempo, pasando de la titulación y espectrofotometría tradicionales a técnicas más avanzadas como la espectrometría de emisión de plasma y la espectrometría de lectura directa por chispa. El proceso de prueba también ha cambiado, permitiendo el análisis simultáneo de múltiples elementos, lo que ha mejorado la eficiencia y precisión. Los principios y características de los diferentes métodos de prueba son los siguientes:
1. Espectrofotometría
La espectrofotometría es un método ampliamente utilizado para cuantificar elementos metálicos. Implica medir la absorbancia y la intensidad de la luz dentro de un rango de longitud de onda específico para realizar análisis cualitativos y cuantitativos. Este método es conocido por su amplia aplicación, alta sensibilidad, buena selectividad, alta precisión y bajo costo, pero tiene la desventaja de poder analizar solo un elemento a la vez. Los instrumentos de detección utilizados en espectrofotometría incluyen espectrofotómetros ultravioleta, espectrofotómetros visibles y espectrofotómetros infrarrojos.
2. Titulación
La titulación es un método para probar componentes metálicos en una solución con una concentración estándar de reactivos. Los componentes metálicos reaccionan completamente con los reactivos para alcanzar el punto final de la titulación. Este método se puede utilizar para probar sustancias con un contenido superior al 1%, pero tiene la desventaja de ser de baja eficiencia.
3. espectrometría atómica
La espectrometría de absorción atómica (AAS) y la espectrometría de emisión atómica (AES) son tecnologías tradicionales utilizadas para analizar la composición de materiales metálicos. AAS utiliza el principio de cuantificar el contenido de elementos analizados midiendo la intensidad de absorción de electrones externos desde los átomos en estado fundamental en estado gaseoso hasta la correspondiente línea de radiación de resonancia atómica de luz visible y luz ultravioleta. Este método es ideal para radiación de absorción atómica gaseosa y se caracteriza por su alta sensibilidad, fuerte capacidad antiinterferente, fuerte selectividad, amplio rango de análisis y alta precisión. Sin embargo, tiene limitaciones como la incapacidad de analizar múltiples elementos simultáneamente, baja sensibilidad para determinar elementos insolubles y bajo rendimiento en la medición de muestras complejas. AES, por otro lado, se basa en el principio de que cada elemento, ion o átomo emite una radiación electromagnética específica cuando se somete a una excitación eléctrica o térmica. Este método utiliza emisores para el análisis cualitativo y cuantitativo de elementos y puede probar varios elementos al mismo tiempo con un requisito de muestra más pequeño y resultados más rápidos. Sin embargo, tiene baja precisión y sólo se utiliza para analizar componentes metálicos y no se puede aplicar a la mayoría de los componentes no metálicos.
4. Espectrometría de fluorescencia de rayos X
La espectrometría de fluorescencia de rayos X se usa ampliamente para la determinación de elementos metálicos y es un método común para analizar la composición de materiales metálicos. El principio de la prueba se basa en el hecho de que los átomos en su estado fundamental se encuentran en un estado de baja energía, pero una vez excitados por una radiación de cierta frecuencia, entran en un estado de alta energía y emiten fluorescencia. La longitud de onda de esta fluorescencia es única y midiendo estas líneas espectrales de fluorescencia de rayos X, se puede determinar el tipo de elementos de la muestra. El contenido de elementos se puede estimar comparando la intensidad de las líneas espectrales de la muestra con las líneas espectrales de referencia de una muestra estándar. Este método es un enfoque cualitativo y semicuantitativo que se utiliza principalmente para aproximar el contenido del análisis de la composición del metal.
5. Espectrometría de plasma acoplado inductivamente
La espectrometría de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente (ICP-AES) es actualmente el método más utilizado. Su principio es excitar elementos metálicos, provocando transiciones electrónicas que resultan en la emisión de líneas espectrales con determinadas intensidades que se utilizan para determinar los elementos y sus concentraciones. Este método tiene una amplia gama de aplicaciones, es muy sensible, tiene una velocidad de análisis rápida y proporciona una alta precisión. Puede probar un lote de muestras simultáneamente y determinar múltiples elementos bajo una línea de marcado.
6. Espectrometría de lectura directa de chispa
El espectrómetro de lectura directa Spark utiliza arcos eléctricos o chispas de alta temperatura para vaporizar y excitar directamente elementos en una muestra de estado sólido, haciendo que emitan longitudes de onda características. Luego, estas longitudes de onda se dividen mediante una cuadrícula, produciendo un espectro organizado por longitud de onda. Las líneas espectrales características de los elementos pasan por la rendija de salida y entran a sus respectivos tubos fotomultiplicadores, donde la señal óptica se convierte en señal eléctrica. El sistema de control y medición integra la señal eléctrica, que luego es procesada por una computadora para determinar el contenido porcentual de cada elemento. Este método es muy preciso y puede analizar múltiples elementos simultáneamente, con resultados cualitativos y cuantitativos para decenas de elementos obtenidos en una sola excitación y análisis. Es rápido, eficiente y no requiere costosos reactivos químicos ni excipientes especiales. Es posible realizar pruebas directas de muestras sólidas. Sin embargo, el formato y tamaño de la muestra tienen ciertos requisitos.
7. Análisis de carbono y azufre.
En los materiales metálicos, especialmente los metales de acero, el carbono y el azufre son los elementos principales que requieren pruebas, y los métodos mencionados anteriormente no pueden cuantificar con precisión el carbono y el azufre. Como resultado, los elementos de carbono y azufre deben analizarse utilizando un analizador de carbono y azufre. La muestra se somete a calentamiento a alta temperatura en condiciones enriquecidas con oxígeno, oxidando el carbono y el azufre a dióxido de carbono y dióxido de azufre. Después del tratamiento, el gas entra en la piscina de absorción adecuada, absorbiendo la radiación infrarroja correspondiente, que es transmitida por el detector como señal. La computadora procesa la señal y produce los resultados. Este método es preciso, rápido y sensible y se puede utilizar para analizar niveles altos y bajos de contenido de carbono y azufre.
8. Análisis de oxígeno y nitrógeno.
El analizador de oxígeno y nitrógeno se utiliza para medir el contenido de oxígeno y nitrógeno en diversos aceros, metales no ferrosos y nuevos materiales. Descompone la muestra mediante calentamiento pulsado bajo una atmósfera inerte y mide el contenido con un detector de infrarrojos y un detector de conductividad térmica, respectivamente. Este método es conocido por su alta precisión y bajo límite de detección.
Introducción a los elementos de prueba
| categoría de metales | Proyecto | ||
| Hierro y acero | Análisis de elementos | Identificación de Grado (para identificar si se ajusta a una norma o grado Solicitud) | Análisis de la composición del revestimiento (prueba de la composición del revestimiento y del contenido del elemento) |
| Cobre/aleación de cobre de alta pureza | |||
| Soldadura sin plomo/soldadura con plomo | |||
| aleación de aluminio | |||
| aleación de magnesio | |||
| kirsite | |||
| aleación de titanio | |||
| Metales preciosos (oro, plata, paladio, platino) | |||
| Metal de alta pureza | |||
| Metal de aportación para soldadura fuerte | |||
| metalurgia de polvos | |||
