铝合金及镁合金系列标准样品的研制及应用

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荣获２００５年度中国有色金属工业协会科技进步奖一等奖项目

铝合金及镁合金系列标准样品的研制及应用

主要完成单位：西南铝业（集团）有限责任公司、中国有色金属工业标准计量质量研究所和抚顺铝厂

主要完成人：朱学纯、黄平、范顺可、尹晓辉、韦志宏、吴洪军、吴玉春、胡永利、陈瑜，范云强、彭速中、易传江、刘功达、钟玲、王向红、蒋萍

获奖项口简介

本项目属多学科领域，包括国家通用标准、金属材料技术、理化检测学科和计算机软件等。本项目获中国有色金属工业协会２００５年科技进步奖一等奖。

标准样品（标准物质）是一种实物标准，也是一种计量器具，主要用于铝合金和镁合金的化学成分控制、成品分析、仪器调试和商检等领域。铝、镁合金标准样品的研制是一项技术复杂．涉及多学科领域、多工序，对质量要求非常严格的一种技术基础工作。概括地讲，标准样品的研制就是通过一系列先进技术方法和手段，制备出所含各元素化学成分均匀、定值准确并附于标准含量，用于光谱化学分析的物质。由于铝、镁合金品种很多，化学成分相互影响十分严重，很难用几种标准样品全部满足要求，必须制备出足够多的标准样品才能满足各种镁基、铝基对标准样品的分析需要。

近２２年来，国内许多厂家从国外先后引进了３０００多台光谱仪用于铝、镁合金化学成分炉前成分调整及最终成品分析。这些仪器分析精度高、速度快，整个操作程序和数据处理过程完全是由微机控制，对确保铝合金、镁合金产品质量起到了不可替代的重要作用。然而，这些先进的光谱仪需要相应的标准样品制做工作曲线才能正常工作。当时，由于国内没有合适的铝、镁合金标准样品，主要依靠进口，而进口标样价格又十分昂贵而且不完全适合我国的产品情况。此外，为了贯彻执行镁材、铝材产品标准，推动镁材、铝材标准化工作，都需要我们研制出化学成分均匀、定值准确、工作曲线啮合系数高的标准样品。因此，根据全国标准样品技术委员会、中国有色金属工业标准计量质量研究所以及重庆市科委的计划安排，朱学纯等项目组成员承担了铝及镁合金标准样品的研制任务。

从１９８６年开始研究和制备铝合金和镁合金标准样品以来，至今已形成了具有独立自主知识产权的Ａｌ—Ｌｉ、纯铝、ＬＹｌ２、ＤＬ一１８，ＦＹＤ、高硅铸造铝合金、镁合金等５０个系列标准样品的制备技术，其中国家级标准样品２４个系列。项目研究历时２２年，经过了１０００多次（炉）实验，主要发现、发明及创新点如下：（１）制成了１９８种填补国内空白的标样，率先制备出含Ａｓ、Ｂ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃｏ和Ａｇ等元素的铝、镁合金标样；本标样中Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ，Ｍｎ分别达到２６．２６％，１６．５％、１５．１％、１８．７％，突破了国内外铝合金标样的最高含量极限（原Ｓｉ，Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ最高含量分别为２５．０％，１１．４％、２．０％和１２．０％）｝提出了原国标中没有的Ｎａ、Ａｓ、Ｐ、Ｃｏ等元素的化学分析方法，保证了定值的准确性。（２）创造出了“特殊元素加入法”新工艺，解决了Ｎａ、Ｌｉ、Ｃａ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｂ、Ｐ等在铝中溶解度很低或基本不溶解元素的加入并均匀分布的问题。（３）率先提出了“分步调整化学成分法”，解决了由于熔点，挥发性、烧损率的不同，难以保证各元素的化学成分全部满足设计要求的难点。（４）发明了“扩散熔炼法”、“间歇式半连续铸造法”和“高硅铝合金挤压新工艺”等，解决了高硅标样均匀性和Ａ１－Ｌｉ标样难于铸造成形的难题。（５）开发出了新的数据处理和检验软件系统（ＳｔｎｄＭｔｒｌ），大大提高了标样数据处理检验速度和和标样定值结果的准确度。

本标准样品主要技术指标已达到或超过国际同类标样先进水平，填补国内空白３３项，满足了国内市场急需，可替代同类进口标样，实现了铝、镁标准样品国产化，为国标、军标、行标的顺利实施及航空航天新材料的研发提供了必须的实物标

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中国科技奖励２００８年第８期

准，经济效益和社会效益十分显著：（１）在２２年的研制过程当中，该项目先后获得过省部级以上科技进步奖十项，其中有色金属工业科技进步奖一等奖一项，二等奖３项，重庆市科技进步奖二等奖一项。本标样国外同类或类似标样的均

匀性（波动系数－ＣＶ％）、工作曲线啮合系数（呈线性）两个主要技术指标进行了比对实验。参加啮合系数比对的１０个

系列５０个元素中，本标样优于进口标样有３９个，占参比元素的７８％。参加均匀性比对的５０个元素中，本标样优于进口标样有４０个，占参比元素的８０％。由此得出结论，本标样已达到或超过国际同类标样先进水平。西南铝业被国家发改委批准为中国有色金属标准样品研制基地，在国内同行业标准样品研制电位中处于领先地位。（２）全国３４个省、市、自治

区有２０００多家单位３０００多台光谱仪使用本标准样品，它为国标分析方法的制定以及国家实验室能力验证委员会提供了必需的实物标准，国外先进的光谱仪厂家（如美国的贝尔德

公司、英国的阿郎公司）也把本标准样品作为安装调试仪器的首选。（３）本标准样品规格齐、种类多、复盖合金成分范

围广，将光谱法分析铝及铝合金向高含量领域极大扩展，其

理论研究结果也受到广泛关注，有多项科研学术成果刊登在

国家一级刊物上。（４）２０年来累计销售标样１５０００余套，创

造直接经济效益４．８亿元人民币，共为国家节约外汇５８００多万美元以上。（５）创造出具有我国独立知识产权的５０个系

列铝、镁合金标准样品的制备技术，可为我国铝合金、镁合金新产品的研制开发提供高质量的标样。瞄

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、

朱学纯，Ｉ９６５年毕业于大连理工样品数据处理软件（ＳｔｎｄＭｔｒｌ）系统。研制出的标准样品所

大学物理系。西南铝业（集团）有限责含各元素浓度远远突破了各元素在铝中的最大溶解度（

任公司教授级高级工程师。西南铝业Ｃｕ＝２０．５２％、Ｓ１＝２６．２６％，Ｆｅ＝１５％，Ｍｎ＝１６．５％，Ｚｎ＝１６．（集团）有限责任公司劳动模范、学科５％，Ｍｎ＝１１．８４％）。

技术带头人、重庆市劳动模范、享受国朱学纯在多年的标样研制过程中，积累了丰富的实践务院特殊津贴专家。他同时兼任全国经验，具备了较高的理论研究水平，先后撰写了５０多篇标准样品标准化技术委员会委员、有论文，发表在国内重要期刊上。极具代表性的论文是“新色金属分委会副主任。

铸铝光谱标样的制备和定值分析结果”刊在《分析试验

朱学纯从事有色金属分析和标准样品研究４５年，在这一室》（１９９６．４）、。含砷的铝标准物质的制备和定值”刊在

领域具有了很高的造诣。他创出了我国具有自主知识产权的《光谱实验室》（１９９８．１）等９篇。

铝、镁合金系列标准样品（标准物质）研制体系，研制出５０朱学纯及其团队所研制的标准样品化学成分均匀、定个系列３５０多种光谱标准样品（标准物质）。其中ＤＬ－Ｉ８铝光值准确可靠、工作曲线啮合系数高，其主要技术指标已达谱标样、ＡＩ－Ｌｉ合金光谱标样、ＭｇＡＩＺｎ、原生镁锭光谱标样和到或超过国际同类标样先进水平，填补国内空白５５项。满５１８２（含Ｎａ／Ｐｂ／Ｃｄ）等２４个系列１９８种被水Ｌ准为国家级标准足了国内市场急需，可替代同类进口标样，为国家节约大样品（标准物质）。他申报了国家专利８项，其中“ＡＩ－－Ｌｉ合量外汇，经济效益和社会效益十分显著。本标准样品在国

金光谱标准样品及制备方法”、。多元素光谱标准样品及其制防．军工、航天和商检等国民经济等许多领域都得到广泛

备方法”、。高硅铸铝光谱标准样品及其制备方法”和“铝钪应用，尤其是在铝材、镁材的生产和研发过程中精确调控合金光谱标准样品及其制备方法”等４项发明已通过国家知和确定各元素的化学成分，发挥了十分重要的作用。全国识产权局审核，被批准为国家发明专利。

５４个省、市，自治区（除台、澳、藏外）共有近２０００家朱学纯在多年的标样研制过程中，应用和创新了熔炼、

５０００多台光谱仪使用本标准样品。这些标准样品的研制铸造，数理统计等多学科、多领域技术。创造出“铝基标准成功，基本实现了铝合金、镁合金标准样品国产化，推动样品中多元素（含５２个元素）加入技术”、“镁基标准样品中了铝合金、镁合金产品标准的实施和标准化的进程。

多元素（含１５个元素）加入技术”、“异基体加入法”、“分步２００７年，由于在标样研制领域的突出成绩和卓越贡

调整化学成分法”、“间歇式半连续铸造法”、。高硅铝合金标献，朱学纯荣获中国发明协会颁发的”第三届发明创业样的扩散熔炼技术”、。变质技术”．“Ｌｉ．Ｎａ、ｃａ等元素的复奖”。他还于１９８８年获得了国防科工委颁发的《献身国防盖和保护技术”等十几项集成创新技术，并开发出新的标准

科技事业（５０年》奖章和证书荣誉称号。

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