ICP-AES法測(cè)定TB6鈦合金中鋁釩鐵

(1.中航工業(yè)北京航空材料研究院，北京 100095；2.航空材料檢測(cè)與評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095；3.中航(試金石)檢測(cè)科技有限公司，北京 100095)

鈦合金材料比重小比強(qiáng)度高，耐熱性和抗腐蝕性好，具有較寬的工作溫度，在航空航天工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。TB6鈦合金作為直升機(jī)用鈦合金鑄件已批量生產(chǎn)，主要合金元素Al、V、Fe含量范圍需要嚴(yán)格控制。在現(xiàn)行的分析方法中，國(guó)標(biāo)中鈦合金中各元素的分析主要采用化學(xué)分析方法和發(fā)射光譜法[1]，化學(xué)法是單元素分析，操作步驟繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，使用試劑多，工作效率低，現(xiàn)在已很少使用，航標(biāo)中鈦合金分析一般采用原子吸收法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[2](ICP-AES)，原子吸收法是單元素分析，效率低，航標(biāo)中的ICP-AES法不分析Fe元素，V元素的分析上限6%，無(wú)法滿足TB6鈦合金分析要求。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法由于其靈敏度高、分析速度快、可多元素同時(shí)分析等特點(diǎn)已獲得廣泛使用[3-7]。本實(shí)驗(yàn)研究了采用ICP-AES同時(shí)測(cè)定鈦合金中Al、V、Fe元素方法，進(jìn)行了鈦合金樣品溶解、分析譜線選擇、干擾消除、儀器參數(shù)優(yōu)化等試驗(yàn)，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)照和加入回收試驗(yàn)，建立了適用于TB6鈦合金中Al、V、Fe元素分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 儀器及工作條件

美國(guó)Perkin Elmer公司生產(chǎn)的Optima5300V型全譜直讀電感耦合等離子體光譜儀。高頻頻率：40 MHz；正向功率：1.1 kW，觀測(cè)高度：15 mm，冷卻氣流量：12 L/min，載氣流量：0.8 L/min，輔助氣流量：0.2 L/min；

分析元素譜線：

Al 394.401 nm,V292.402 nm，F(xiàn)e 239.562 nm；

1.2 試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液

所用器皿燒杯為聚四氟乙烯材料，容量瓶為塑料容量瓶，各待測(cè)元素Al、V、Fe單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液均為1.00 mg/mL的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)溶液，國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心制，使用時(shí)根據(jù)需要配制成適當(dāng)濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,Y內(nèi)標(biāo)溶液0.2 mg/mL。

鹽酸、硝酸、氫氟酸均為優(yōu)級(jí)純，水為去離子水，基準(zhǔn)鈦純度大于99.95%

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試樣溶液的制備

稱取0.1000 g試樣于150 mL燒杯中，加入10 mLHCl， 1 mL HF，1 mL HNO3低溫溶解，待試樣完全溶解，冷卻，加入2.00 mLY內(nèi)標(biāo)溶液，轉(zhuǎn)移到100 mL塑料容量瓶中用水定容待測(cè)。

1.3.2 校準(zhǔn)曲線溶液的制備

分別稱取0.09 g純鈦4份，于4個(gè)150 mL聚四氟乙烯燒杯中，分別加入適量待測(cè)元素Al、V、Fe的標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后按試樣溶液的制備步驟進(jìn)行，配制成校準(zhǔn)曲線溶液，濃度見(jiàn)表1。

表1 校準(zhǔn)曲線溶液濃度 (μg/mL)

1.3.3 測(cè)量

在選定的儀器工作條件下上機(jī)測(cè)量，根據(jù)各元素校準(zhǔn)曲線溶液的濃度和對(duì)應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度值，以待測(cè)元素濃度為橫坐標(biāo),測(cè)得的強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線,再測(cè)樣品溶液的信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)校準(zhǔn)曲線上求得待測(cè)樣品中元素含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品溶解試驗(yàn)

(1)一般鈦合金可以用稀硫酸溶解或者采用鹽酸加氫氟酸溶解，航標(biāo)中ICP-AES方法處理鈦合金采用硫酸溶解，加硝酸氧化,但采用稀硫酸溶解鈦合金樣品時(shí)速度慢，溶解過(guò)程不好控制。采用鹽酸、氫氟酸加硝酸溶解鈦合金效果較好，可很快溶解各類鈦合金，本方法采用鹽酸、氫氟酸加硝酸的溶解方法進(jìn)行樣品處理。

(2)溶液酸度控制

溶液酸度的大小對(duì)ICP光譜儀譜線激發(fā)強(qiáng)度有影響，一般溶液酸度越大激發(fā)的譜線強(qiáng)度隨之減弱，即酸效應(yīng)，因此必須保持校準(zhǔn)曲線溶液和樣品溶液的酸度一致，本實(shí)驗(yàn)選擇溶液酸度控制在10%左右，保證樣品溶解時(shí)快速溶解完全。

2.2 分析線選擇

選擇各待測(cè)元素Al、V、Fe,的靈敏線數(shù)條，用各待測(cè)元素的單標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 μg/mL)和基體鈦(1.00 mg/mL)的單標(biāo)準(zhǔn)溶液在儀器上做譜圖掃描，考察待測(cè)元素譜線受干擾情況，經(jīng)選擇對(duì)比，最終確定待測(cè)元素的分析線和扣背景點(diǎn)，見(jiàn)表2。

表2 元素分析譜線及背景校正扣除點(diǎn) (nm)

2.3 內(nèi)標(biāo)的選擇

由于TB6鈦合金待測(cè)元素含量較高，測(cè)量過(guò)程中受各種因素影響數(shù)據(jù)會(huì)有波動(dòng)，因此需要加入內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行控制。分別處理6份同一TB6鈦合金樣品，選擇加內(nèi)標(biāo)(Y內(nèi)標(biāo)溶液0.2 mg/mL，加入2.00 mL)和不加內(nèi)標(biāo)方式進(jìn)行上機(jī)測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)果(n=6)見(jiàn)表3。

表3 內(nèi)標(biāo)對(duì)測(cè)量精密度的影響

結(jié)果表明加入內(nèi)標(biāo)后可以改善測(cè)量的精密度，本實(shí)驗(yàn)采用加內(nèi)標(biāo)的方法。

2.4 加入回收試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)照試驗(yàn)

取11份TB6鈦合金樣品進(jìn)行了加入回收試驗(yàn)，取鈦合金標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)做標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)照試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果(n=11)見(jiàn)表4、表5。

表4 回收率和精密度 (%)

表5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)照結(jié)果 (%)

3 結(jié)論

本方法采用ICP-AES法對(duì)TB6鈦合金中Al、V、,Fe元素的測(cè)定進(jìn)行了研究，對(duì)鈦合金樣品的溶解、酸度的選擇進(jìn)行了試驗(yàn)，考察了基體和主量元素對(duì)待測(cè)元素的干擾情況，選定了分析線Al 394.401 nm、V 292.402 nm、Fe 239.562 nm，優(yōu)化了儀器的工作參數(shù)，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)照試驗(yàn)和加入回收試驗(yàn)，結(jié)果表明測(cè)得值與標(biāo)準(zhǔn)值相符，最大偏差小于0.16，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1%，加入回收試驗(yàn)回收率在99～102%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1%。回收率、精密度滿足日常分析的要求，方法準(zhǔn)確可靠。

[1]GB/T 4698.21-1996《海綿鈦、鈦及鈦合金化學(xué)分析方法 發(fā)射光譜法測(cè)定錳、鉻、鎳、鋁、鉬、錫、釩、釔、銅、鋯含量》.

[2]HB 7716.1～14-2002鈦合金化學(xué)成分光譜分析方法.

[3]李慧芝，翟殿棠，許崇娟，等．發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定鈦基復(fù)合材料中的鎳鐵鉬錳和硼的研究[J]．光譜學(xué)與光譜分析，2007，27(6)：1204-1206．

[4]羊送球，黃永紅．ICP-OES法測(cè)定鈦合金中硼含量[J]．鈦工業(yè)進(jìn)展，2006，23(2)：35-36．

[5]杜米芳.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鈦合金中硼[J].冶金分析,2010.11:30-35.

[6]杜米芳，李治亞，李景濱,等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定海綿鈦合鐵硅錳鎂[J].冶金分析,2009.29(7):24-27.

[7]吳世凱.ICP—AES法同時(shí)測(cè)定鈦合金中八種元素的研究.特鋼技術(shù)，2007,4:38-40.