一种在三元相图中表示任意成分夹杂物数量的方法

摘要

本发明涉及一种在三元相图中表示任意成分夹杂物数量的方法，包括以下步骤：a)制备金属试样；b)检测金属材料中非金属夹杂物成分，该成分可以是元素或化合物的质量分数或摩尔分数；c)将夹杂物中所关注的三种主要成分做归一化处理；d)制定计算标准，计算每个夹杂物的重数；e)将夹杂物的四个变量，即三种成分的质量分数或摩尔分数以及重数，投影到三元相图中。夹杂物的三种主要成分的表示方法与传统三元相图一致，夹杂物的重数用不同的颜色表示，绘制成三元相云图。本发明成功地解决了表示不同成分夹杂物的符合在三元相图中重叠的问题，能够准确、直观地表达出夹杂物主要成分的分布区域。

说明书

技术领域

本发明属于金属材料夹杂物分析领域，具体涉及一种在三元相图中表示任意成分夹杂物数量的方法。

背景技术    

夹杂物的成分、数量和尺寸在一定程度上决定了金属材料的质量和性能。在金属材料中对非金属夹杂物进行分析时，常用三元相图或伪三元相图对夹杂物成分进行投影，以描述夹杂物的成分分布特征。但是该方法的缺陷在于，当所分析夹杂物的数量较多时，在三元相图中夹杂物成分较集中的区域表示夹杂物的数据点符号会发生重叠，不能准确、直观地表达夹杂物主要成分的分布区域。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种能够准确、直观地表达出夹杂物主要成分的分布区域，为夹杂物的分析提供便捷，提高准确性的在三元相图中表示任意成分夹杂物数量的方法。

本发明的技术方案是：一种在三元相图中表示任意成分夹杂物数量的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：先将金属试样进行预处理，使其满足在电镜下分析的要求，备用；

步骤2：检测经过步骤1处理过的金属试样中夹杂物的成分的质量分数或摩尔分数，备用；

步骤3：确定夹杂物中所关注的主要的三种成分的质量分数或摩尔分数，并进行归一化处理，即将夹杂物中所关注的三种主要成分的质量分数或摩尔分数按此三种成分的质量分数或摩尔分数的比例关系转换成总和为100%的质量分数或摩尔分数，备用；

步骤4：设置参考值M%，M的取值范围为0<M<100，根据计算参考值M%计算每个夹杂物的重叠个数；

步骤5：将所有的夹杂物的质量分数或摩尔分数以及重叠个数投影到三元相图中，夹杂物的重叠个数用不同颜色以云图形式表示，即得到能表示夹杂物数量分布的三元相云图。

进一步，所述步骤3中计算所有夹杂物重叠个数的计算过程如下：

3.1设所分析夹杂物的总数为sum，并对夹杂物依次进行编号1,2,3 … i … sum，第i个夹杂物三相的质量分数或摩尔分数记为i[1]、i[2]、i[3]；

3.2计算第i个夹杂物的重叠个数时，设第i个夹杂物重叠个数N_i的初始值为0；

3.3将第i个夹杂物三相的质量分数或摩尔分数依次与第1,2,3 … j …sum个夹杂物三相的质量分数或摩尔分数做减法运算，第i个夹杂物三相的质量分数或摩尔分数与第j个夹杂物三相的质量分数或摩尔分数差值的最大绝对值记为                                                ，即=max{|i[1]- i[1]|,|i[2]-j[2]|,|i[3] -j[2]|}；

3.4若≤M%,则第i个夹杂物与第j个夹杂物重叠，记n_j=1，否则n_j=0；

3.5第i个夹杂物的重叠个数N_i=n₁+n₂+n₃+ … n_j+ … n_sum；

3.6依次重复步骤3.2、3.3、3.4和3.5，即可计算出所有夹杂物的重叠个数。

进一步，所述夹杂物的成分为夹杂物中的元素或元素所对应的化合物。

本发明的有益效果是：通过上述技术方案，在三元相图中既可以表示夹杂物的成分，又可以表示在任意成分范围内夹杂物的数量，准确、直观地表达出夹杂物主要成分的分布区域。

附图说明    

图1为本发明的步骤的流程框图。

图2 为本发明实施例Al₂O₃-Ti₂O₃-CaO夹杂物在以2%为标准的三元相云图中的分布示意图。

图3为本发明实施例 Al₂O₃-Ti₂O₃-CaO系夹杂物在三元相图中的分布示意图。

具体实施方式   

结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例：

将试样进行机械磨光、抛光后，使其满足在扫描电镜下分析的要求。

将试样置于Aspex自动扫描电镜下分析尺寸大于0.4μm的夹杂物，并用EDS分析夹杂物成分，该成分为夹杂物中各元素的质量百分数。经对比发现，夹杂物中的主要成分为Al、Ti、Ca。

将Al、Ti和Ca的质量分数分别换算成Al₂O₃、Ti₂O₃和CaO的质量分数，将这三种化合物的质量分数进行归一化处理，即将这三种化合物的质量分数按此三种成分的质量分数的比例关系转换成总和为100%的质量分数。

以2%为标准，计算每个夹杂物的重叠个数。本专利对重叠个数及其计算标准的定义为：对于任意一个夹杂物，若有N个夹杂物的三相质量分数或摩尔分数与该夹杂物的三相质量分数或摩尔分数差值的最大绝对值小于2%，则认为该夹杂物所在的成分区域有N个夹杂物与之重合，即该成分夹杂物的重叠个数为N+1。

所有夹杂物重叠个数的计算过程如下：

1）设所分析夹杂物的总数为sum，并对夹杂物依次进行编号1,2,3 … i … sum，第i个夹杂物三相的质量分数或摩尔分数记为i[1]、i[2]、i[3]；

2）计算第i个夹杂物的重叠个数时，设第i个夹杂物重叠个数N_i的初始值为0；

3）将第i个夹杂物三相的质量分数或摩尔分数依次与第1,2,3 … j …sum个夹杂物三相的质量分数或摩尔分数做减法运算，第i个夹杂物三相的质量分数或摩尔分数与第j个夹杂物三相的质量分数或摩尔分数差值的最大绝对值记为，即=max{|i[1]- i[1]|,|i[2]-j[2]|,|i[3] -j[2]|}；

4）若≤2%,则第i个夹杂物与第j个夹杂物重叠，记n_j=1，否则n_j=0；

5）第i个夹杂物的重叠个数N_i=n₁+n₂+n₃+ … n_j+ … n_sum；

6）重复过程2）、3）、4）和5），可计算出所有夹杂物的重叠个数。

将所有夹杂物的四个变量，即Al₂O₃、Ti₂O₃和CaO的质量分数以及重叠个数，投影到三元相图中。夹杂物中Al₂O₃、Ti₂O₃和CaO质量分数的表示方法与三元相图一致，夹杂物的重叠个数用不同的颜色表示，绘制成三元相云图，如图2所示，其所对应的Al₂O₃-Ti₂O₃-CaO系三元相图如图3所示。通过与Al₂O₃-Ti₂O₃-CaO系三元相图对比可知，Al₂O₃-Ti₂O₃-CaO系三元相云图能够准确、直观地表达出夹杂物主要成分的分布区域，而在三元相图中则出现夹杂物成分符号重叠问题。

以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明。值得注意的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、同等替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。