鋁合金是工業(yè)中應用廣泛的有色金屬材料，在航天航空、機械制造等各個領域都有廣泛應用。由于不同應用領域對鋁合金性質要求不同，為了保證使用的安全性，需要一種快速有效的檢測方法對鋁合金進行檢測分類。國際上將常用的鋁合金按照合金元素含量以及用途的不同大致分為七類：純鋁、Al-Cu系、Al-Mn系、Al-Si系、Al-Mg系、Al-Mg-Si系以及Al-Zn系。
之前的鋁合金分類檢測方法是用化學方法測得鋁合金中特征元素的含量再對照分類標準進行判定?，F(xiàn)在我們可以利用激光誘導擊穿光譜（Laser Induced Breakdown Spectroscopy）LIBS技術，結合系統(tǒng)內(nèi)置的PCA主成分分析分類模型實現(xiàn)對鋁合金的快速分類及元素含量的測定。
LIBS技術是一種新興的元素檢測和分析技術。當激光作用于樣品表面時，在極短的時間內(nèi)誘導產(chǎn)生含有樣品物質信息的等離子體。通過對等離子體發(fā)出的光譜進行收集分析，建立光譜與元素一一對應的關系。由此可以檢測出元素周期表中的大部分元素。下圖為鋁合金內(nèi)部各主要元素的含量情況。
實驗選用的是山東省冶金科學研究院所提供的13種鋁合金標準樣品分別為：Al-Cu系四種、Al-Si系三種、Al-Mg-Si系四種及Al-Zn系兩種。通過激光激發(fā)樣品得到光譜譜圖，如左下圖所示，元素強度信息明顯。利用系統(tǒng)內(nèi)置的PCA主成分分類模型對所有樣品的數(shù)據(jù)進行分類分析得到了最終的分類結果，如右下圖所示。從圖中可以看出，每類鋁合金光譜的樣本點都發(fā)生了明顯的匯聚現(xiàn)象，達到了分類的目標，同時得到了鋁合金標準樣品的類型區(qū)域，便于后續(xù)進行未知類型鋁合金的分類判別。
為了對LIBS-PCA快速分類結果精度進行評價，我們用精度評價法為用實際樣品種類按分類方法所得的分類結果進行相對精度的評價。采集150個已知類型鋁合金的光譜對其進行分類，并與實際類型進行對照，所得結果如上表所示，精度達到97.14%以上。
實驗裝置我們可以采用EcoChem 激光光譜元素分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用LIBS技術。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-100%可調；重現(xiàn)率20Hz；光斑大小20-200μm連續(xù)可調；檢測器譜寬190-1040nm；三維全自動工作臺；樣品室可通入氦氣或氬氣。
本實驗提出了將LIBS技術與PCA主成分分析法相結合來對鋁合金進行分類的方法，并通過實驗驗證了該方法的可行性和準確性。相比于常用的化學方法，激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術可以原位、快速地對待測樣品進行檢測，無需前處理、無污染。LIBS技術與PCA主成分分析法相結合用于質量檢測和在線工業(yè)控制等領域，可以節(jié)約大量的時間及成本，提高檢測效率。
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