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激光诱导击穿光谱应用于金属特性分析研究

作　者: 潘圣华
导　师: 陆继东
学　校: 华南理工大学
专　业: 工程热物理
关键词: 激光诱导击穿光谱金相组织高温熔融钢液光谱特性
分类号: TG115.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

现代的金属冶炼过程要求炉内成分分析能及时、快速地反映出冶炼过程的成分变化,以便实现冶炼过程的动态控制和成分调整,而且能更准确的判断冶炼的终点,以提高所冶炼钢种的质量,并达到节能降耗的目的。所以直接测定高温熔融状态钢液中的成分一直是冶金分析工作者以及冶炼工艺人员所追求的目标。本文对目前典型的快速元素测量技术进行了介绍和评述,总结了它们各自的特点与不足,提出激光诱导击穿光谱技术(LIBS)应用于冶炼行业的快速在线检测。论文首先介绍了激光诱导击穿光谱的形成过程和等离子体特性,阐述了激光诱导击穿光谱的定量分析模型。针对LIBS易受检测对象基体效应影响的特点,选用不同金相组织的钢铁进行了激光诱导击穿光谱实验,结果表明不同金相组织会对激光诱导钢铁等离子体特性和发射光谱特性造成影响,进行定量分析时需进行修正。搭建了适合在高温辐射的恶劣条件下进行熔融状态钢液实验的实验系统,分析钢铁在高温熔融状态下的LIBS特性,优化了光谱平均次数、激光能量和延迟时间这些实验参数,并建立了拟合度较高的定标曲线,检测限在100μg/g的数量级,展示了LIBS技术应用于高温熔融钢液在线测量的巨大潜力。最后,对全文进行了总结,并对激光诱导击穿光谱应用于钢铁成分在线分析的进一步研究工作提出了展望。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
第一章绪论  10-19
  1.1 研究背景与意义  10
  1.2 钢铁成分分析技术发展现状  10-12
  1.3 激光诱导击穿光谱技术的研究现状  12-17
    1.3.1 国内研究现状  12-14
    1.3.2 国外研究现状  14-17
  1.4 本论文的研究内容  17-19
第二章激光诱导击穿光谱的基本原理及方法  19-25
  2.1 激光诱导击穿光谱技术基本原理  19-21
    2.1.1 激光诱导等离子体的形成机制  19
    2.1.2 激光诱导击穿发射谱线形成过程  19-21
  2.2 激光诱导击穿等离子体特性  21-22
    2.2.1 激光诱导击穿等离子局部热平衡  21-22
    2.2.2 等离子体温度与电子密度的测量  22
  2.3 激光诱导击穿光谱技术理论及定标方法  22-24
    2.3.1 （罗马金－赛伯）公式  23
    2.3.2 内标法  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章不同金相组织钢铁LIBS 特性研究  25-34
  3.1 实验系统及实验程序  25-28
  3.2 样品的制备过程  28
  3.3 不同金相组织钢铁样品的等离子体特性  28-30
  3.4 不同金相组织钢铁样品的光谱特性  30-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章高温熔融状态钢液LIBS 定量分析  34-57
  4.1 实验系统光路的改进  34-36
  4.2 高温熔融状态钢液特性分析  36-46
    4.2.1 高温熔融钢液的定性分析  36-40
    4.2.2 高温熔融钢铁渣层对测量的影响分析  40-44
    4.2.3 氩气氛围对测量的影响分析  44-46
  4.3 实验参数优化研究  46-53
    4.3.1 光谱平均次数  46-47
    4.3.2 激光能量  47-49
    4.3.3 延迟时间  49-50
    4.3.4 激光能量对最佳延迟时间的影响  50-53
  4.4 高温熔融状态钢液定量分析  53-56
    4.4.1 定标曲线的建立  53-55
    4.4.2 检测限的计算  55-56
  4.5 本章小结  56-57
结论与展望  57-59
  1 主要结论  57-58
  2 今后工作展望  58-59
参考文献  59-64
攻读硕士学位期间取得的研究成果  64-65
致谢  65-66

激光诱导击穿光谱应用于金属特性分析研究

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