鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用廣泛的有色金屬材料，在航天航空、機(jī)械制造等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。由于不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)︿X合金性質(zhì)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(cè)方法對(duì)鋁合金進(jìn)行檢測(cè)分類(lèi)。國(guó)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(lèi)：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(lèi)檢測(cè)方法是用化學(xué)方法測(cè)得鋁合金中特征元素的含量再對(duì)照分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定?，F(xiàn)在我們可以利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜（Laser Induced Breakdown Spectroscopy）LIBS技術(shù)，結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)置的PCA主成分分析分類(lèi)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁合金的快速分類(lèi)及元素含量的測(cè)定。

LIBS技術(shù)是一種新興的元素檢測(cè)和分析技術(shù)。當(dāng)激光作用于樣品表面時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生含有樣品物質(zhì)信息的等離子體。通過(guò)對(duì)等離子體發(fā)出的光譜進(jìn)行收集分析，建立光譜與元素一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。由此可以檢測(cè)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(shí)驗(yàn)選用的是山東省冶金科學(xué)研究院所提供的13種鋁合金標(biāo)準(zhǔn)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(guò)激光激發(fā)樣品得到光譜譜圖，如左下圖所示，元素強(qiáng)度信息明顯。利用系統(tǒng)內(nèi)置的PCA主成分分類(lèi)模型對(duì)所有樣品的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)分析得到了最終的分類(lèi)結(jié)果，如右下圖所示。從圖中可以看出，每類(lèi)鋁合金光譜的樣本點(diǎn)都發(fā)生了明顯的匯聚現(xiàn)象，達(dá)到了分類(lèi)的目標(biāo)，同時(shí)得到了鋁合金標(biāo)準(zhǔn)樣品的類(lèi)型區(qū)域，便于后續(xù)進(jìn)行未知類(lèi)型鋁合金的分類(lèi)判別。

為了對(duì)LIBS-PCA快速分類(lèi)結(jié)果精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，我們用精度評(píng)價(jià)法為用實(shí)際樣品種類(lèi)按分類(lèi)方法所得的分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行相對(duì)精度的評(píng)價(jià)。采集150個(gè)已知類(lèi)型鋁合金的光譜對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)，并與實(shí)際類(lèi)型進(jìn)行對(duì)照，所得結(jié)果如上表所示，精度達(dá)到97.14%以上。

實(shí)驗(yàn)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(shù)。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-100%可調(diào)；重現(xiàn)率20Hz；光斑大小20-200μm連續(xù)可調(diào)；檢測(cè)器譜寬190-1040nm；三維全自動(dòng)工作臺(tái)；樣品室可通入氦氣或氬氣。

本實(shí)驗(yàn)提出了將LIBS技術(shù)與PCA主成分分析法相結(jié)合來(lái)對(duì)鋁合金進(jìn)行分類(lèi)的方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性和準(zhǔn)確性。相比于常用的化學(xué)方法，激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)可以原位、快速地對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)需前處理、無(wú)污染。LIBS技術(shù)與PCA主成分分析法相結(jié)合用于質(zhì)量檢測(cè)和在線工業(yè)控制等領(lǐng)域，可以節(jié)約大量的時(shí)間及成本，提高檢測(cè)效率。