取样方法对成分化验结果的影响

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取样方法对成分化验结果的影响

在锌合金锭的生产过程中所产生的偏析现象，是因为合金内的金属元素密度、凝固次序不同和在凝固时各元素在合金锭内有不同的分布所致。这自然物理现象并不会对压铸生产做成影响，因为在合金锭熔化成液态后，元素便会均匀分布。但相对于化验检测，取样太少或位置不当，便会造成化验结果偏差。因此，当我们化验合金成份时，正确的取样方法就变得很重要。因此，国际上有一套专门为锌合金锭而制定的标准取样方法，例如：英国EN12060。以下我们比较了不同的取样方法对化验结果的影响，当中以标准方法取样的化验结果为判定标准。

方法一：

根据标准取样方法，在同一批合金锭随机抽取12条锭并在锭上不同的位置钻孔并收集钻屑做为化验的样本。为避免合金锭偏析影响化验结果，我们以标准的取样方法得出来的结果为判定依据。从标准取样方法得出来的结果来看，合金的成分都附合国际标准美国ASTM B240-13。

A drill drilling a piece of metal

Description automatically generated A plastic bag of silver shavings

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	结果 %
	Al 铝	Mg 镁	Pb铅	Fe 鉄	Cd 镉	Cu 铜	Sn 锡	Zn 锌
化验样本	4.0	0.04	<0.0005	0.0026	0.0029	<0.0005	<0.0005	余量
ASTM B240-13 标准	3.9-4.3	0.03-0.06	0.10 max	0.035 max	0.0040 max	0.0030 max	0.0015 max	余量

方法二：

直接在打磨过的合金锭底表面用直读光谱仪化验。此方法得出来的结果很不稳定，以铝为例，其含量从4.1%到4.9%，而且比用标准方法的结果偏高。这正正是由于偏析导致的。一般来说，锌合金锭靠近表面的铝含量会比内部高，所以用这种取样方法得出来的成分并不能代表合金锭整体的成分。

化验位置	结果 %
化验位置	Al 铝	Mg 镁	Pb 铅	Fe 鉄	Cd 镉	Cu 铜	Sn 锡	Zn 锌
1	4.9	0.052	0.0028	0.002	0.0006	<0.0005	<0.0005	余量
2	4.5	0.055	0.0027	0.002	0.0007	<0.0005	<0.0005	余量
3	4.4	0.052	0.0022	0.002	0.0006	<0.0005	<0.0005	余量
4	4.3	0.034	0.0014	0.003	0.0005	<0.0005	<0.0005	余量
5	4.6	0.051	0.0026	0.002	0.0007	<0.0005	<0.0005	余量
6	4.4	0.035	0.0017	0.000	0.0007	<0.0005	<0.0005	余量
7	4.4	0.034	0.0014	0.003	0.0006	<0.0005	<0.0005	余量
8	4.4	0.055	0.0022	0.003	0.0007	<0.0005	<0.0005	余量
9	4.3	0.032	0.0016	0.002	0.0005	<0.0005	<0.0005	余量

方法三：

直接在合金锭的横切面用直读光谱仪化验，横切面在化验前经过打磨。此方法也不能避免偏析所导致的偏差，化验结果也是比较浮动（3.7%至 4.1%），个别的部位和实际的成分偏差较大。从总体结果来看，合金锭靠近上下两个面的部位的铝含量比中间区域的较高，所以这种方法也不太合适。

A close-up of a metal object

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化验位置	结果 %
化验位置	Al 铝	Mg 镁	Pb 铅	Fe 鉄	Cd 镉	Cu 铜	Sn 锡	Zn 锌
1	4.0	0.046	0.0028	0.003	0.0006	<0.0005	<0.0005	余量
2	4.0	0.038	0.0023	0.003	0.0005	<0.0005	<0.0005	余量
3	4.0	0.043	0.0024	0.004	0.0006	<0.0005	<0.0005	余量
4	3.9	0.039	0.0020	0.003	0.0006	<0.0005	<0.0005	余量
5	3.8	0.037	0.0022	0.005	0.0005	<0.0005	<0.0005	余量
6	3.7	0.037	0.0022	0.004	0.0005	<0.0005	<0.0005	余量
7	4.1	0.046	0.0026	0.003	0.0006	<0.0005	<0.0005	余量
8	3.8	0.044	0.0027	0.003	0.0006	<0.0005	<0.0005	余量
9	4.1	0.038	0.0020	0.003	0.0005	<0.0005	<0.0005	余量

方法四：

从合金锭切一块出来然后重熔，并制作成饼状的样本，然后车平其中一个平面，在这平面上用直读光谱仪化验。这种方法的好处是经过重熔后可以尽量减少偏析造成的影响。从化验结果来看，以铝含量为例，虽然它和标准方法做出来的结果相差0.1%，但基本上每个点的成分都是相对一致的。

A metal cylinder and a pair of scissors

Description automatically generated A close-up of a metal container

Description automatically generated A circular metal object with white circles

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化验位置	结果 %
化验位置	Al 铝	Mg 镁	Pb 铅	Fe 鉄	Cd 镉	Cu 铜	Sn 锡	Zn 锌
1	3.9	0.05	0.0026	0.003	0.0006	<0.0005	<0.0005	余量
2	3.9	0.05	0.0026	0.003	<0.0003	<0.0005	<0.0005	余量
3	3.9	0.05	0.0025	0.003	0.0005	<0.0005	<0.0005	余量

总结：

由于锌合金锭会有自然偏析的情况，而偏析会导致不同的取样方法得出来的化验结果出现偏差。从以上的实验结果来看，国际标准的取样方法能避免偏析的影响，可以得到最准确和最稳定的化验结果。其它方法都有其缺点，方法二和方法三的偏差最大，而方法四的结果最接近标准方法，可以作为日常监察之用，但若要作最终的判定，还需要根据标准方法取样。