電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定鎳基釬料中硼

楊　麗，張　庸

(沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 技術(shù)中心, 遼寧 沈陽　110043)

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分析測試新成果(102～105)

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定鎳基釬料中硼

楊麗，張庸

(沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 技術(shù)中心, 遼寧 沈陽110043)

探討了電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)測定鎳基釬料中硼的分析條件. 試樣經(jīng)王水低溫溶解，然后高溫發(fā)硫酸煙，選擇182.641 nm作為分析譜線，同時采用基體匹配法配制標(biāo)準(zhǔn)樣品，不僅有效降低了基體效應(yīng)，同時解決了無標(biāo)校正的問題，校準(zhǔn)曲線的線性范圍為0～0.06 mg/mL，相關(guān)系數(shù)為0.999 98. 方法應(yīng)用于實際樣品分析，方法檢出限為3×10-5mg/mL(n=11)，方法相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.32%～0.65%，回收率為99.2%～100.6%.

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；鎳基釬料；硼;溶樣方法；基體匹配

鎳基釬焊料是高溫釬焊工藝常用的釬焊材料，因其具有良好的耐蝕性、抗氧化性、接頭力學(xué)性能等而廣泛用于航空發(fā)動機(jī)高溫部件的釬焊[1]. 該類釬焊料以鎳為基體，其中硼作為降熔元素，釬焊過程中釬料與母材相互作用，釬料中的硼向母材擴(kuò)散，因而在接頭近縫區(qū)部位常會出現(xiàn)脆性硼化相[2]，因此需要嚴(yán)格控制硼的含量，其中B-Ni82CrSiB中硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～4%. 鎳基釬料中硼分析的標(biāo)準(zhǔn)方法為酸堿滴定法(YS/T539.1-2009). 該方法采用過氧化鈉熔融，亞硫酸鈉還原鉻，強(qiáng)堿分離鐵、鉻、鎳等元素，雖然精度高，但過程復(fù)雜，耗時長，難以滿足日常分析要求，而且該方法不適于含鎢、鉬元素的釬料的測定.

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)由于分析精度高，速度快，已廣泛用于鎳基合金的分析[3-15]. 該法用于鎳基釬料的分析，成功測定了鉻和硅的含量[1]. 本文在前文的基礎(chǔ)上，對溶樣方法進(jìn)行了探討，通過譜線掃描確定了最佳分析譜線，并應(yīng)用基體匹配法有效降低了基體干擾，避免了異標(biāo)校正可能存在差異的的問題，回收率及對照試驗結(jié)果表明該方法適合于鎳基釬料中硼的分析.

1　試驗部分

1.1主要試劑

鹽酸：1.19 g·cm-3；硝酸：1.42 g·cm-3；硫酸：1.84 g·cm-3；鐵單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(國家鋼鐵材料測試中心)：1 000 mg/mL；硼單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(國家鋼鐵材料測試中心)：1 000 mg/mL；鉻單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(國家鋼鐵材料測試中心)：1 000 mg/mL； 鋼標(biāo)樣Cr17Ni25B2，第6801號[w(B)=1.86%，本溪鋼鐵廠]. 除注明外，所使用試劑均為分析純，實驗用水均為去離子水. B-Ni82CrSiB試樣，入廠原材料試驗任務(wù).

1.2儀器及主要工作參數(shù)

IRIS Intrepid II XSP型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(美國賽默飛世爾科技公司)，AL104電子分析天平(瑞士METTLER TOLEDO儀器公司).

分析譜線：182.641 nm，雙側(cè)扣背景(見2.4節(jié))，其余如表1所列.

表1　儀器工作條件

1.3標(biāo)準(zhǔn)溶液制備

硅標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/mL)：稱取0.534 8 g于150 ℃干燥過的純石英砂，加6 g碳酸鈉，于鉑金坩堝中熔融冷卻，用熱水在塑料燒杯中浸取，冷卻后移入250 mL塑料容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，并貯于塑料瓶中備用.

其余標(biāo)準(zhǔn)溶液均從鋼研院直接購買，質(zhì)量穩(wěn)定.

1.4樣品制備

準(zhǔn)確稱取0.100 0 g試樣及鋼標(biāo)樣(Cr17Ni25B2，第6801號)于200 mL燒杯中，于通風(fēng)條件下，依次加入鹽酸6 mL,硝酸2 mL,置于電爐上，低溫溶解樣品. 待溶解完畢后，稍冷，小心加入5 mL硫酸，冒硫酸煙. 稍冷，加入20 mL去離子水，低溫溶鹽，取下冷卻至室溫，然后轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶，用去離子水稀釋到刻度，搖勻，待測，定容，同期帶試劑空白.

1.5標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

同時于5個200 mL燒杯中，分別加入0.075 0 g純鎳，6 mL硝酸(1+1，體積比)，加熱至鎳全部溶解. 冷卻，分別加入7 mL鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液、3 mL鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液、4 mL硅標(biāo)準(zhǔn)溶液. 然后分別依次加入0.00、1.00、2.00、4.00、6.00 mL硼標(biāo)準(zhǔn)溶液. 補加6 mL濃鹽酸后，與試樣同時發(fā)煙、溶鹽處理，然后轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶，用去離子水稀釋，定容，混勻. 按儀器工作條件，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，相關(guān)系數(shù)為0.999 98，根據(jù)所加硼的量，線性范圍為0～0.06 mg/mL.

2　結(jié)果討論

2.1稱樣量的選擇

根據(jù)ICP-AES法的分析特點，待測試液的粘度如果過大，既降低試液的提升量，又影響霧化器霧化效果，直接影響結(jié)果的準(zhǔn)確性. 同時考慮到待測元素含量及稱量誤差等因素，根據(jù)經(jīng)驗，選擇稱樣量為0.100 0 g.

2.2溶解酸的選擇

綜合考慮材料的基體特點及ICP測量條件等因素，分別使用不同組成和比例的試劑進(jìn)行了試樣溶解試驗，如6 mL HCl+2 mL HNO3+2 mL HF、6 mL HCl+2 mL HNO3+5 mL H2SO4、6 mL HCl+ 2 mL HNO3+2 mL HF+5 mL H2SO4等. 王水和氫氟酸的組合可以將樣品溶解完全，但需要嚴(yán)格控制溶解溫度，否則會導(dǎo)致硼元素的損失. 采用王水和發(fā)硫酸煙，硅的存在雖然會對樣品溶解程度的判斷造成些許影響，但是并不明顯，硼的測定結(jié)果穩(wěn)定. 通過大量試驗，確定了酸的用量，見1.4節(jié).

2.3分析線選擇

試驗使用的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀的檢測器為電荷注入檢測器(CID)，分析譜線選擇靈活，且可最大限度地避開所測元素之間的譜線干擾. 初選出208.893、208.959、249.773、182.641 nm進(jìn)行試驗[5,7]，其中208.893和249.773 nm線均存在鎳基體強(qiáng)的干擾峰；208.959 nm線，鉻、鎳存在背景干擾，其中鎳背景干擾嚴(yán)重；而182.641 nm干擾較少，選擇作為分析線，且雙側(cè)扣背景.

2.4方法的檢出限

在前述測試條件下，對空白溶液連續(xù)進(jìn)行11次測定，計算標(biāo)準(zhǔn)偏差，以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為方法的檢出限[17],即硼的檢出限為3×10-5mg/mL，遠(yuǎn)低于分析測試的要求.

3　樣品分析

選取有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鋼標(biāo)樣Cr17Ni25B2(第6801號)及兩批次的B-Ni82CrSiB試樣進(jìn)行了精密度及加標(biāo)回收試驗，具體結(jié)果如表2所列. 檢測結(jié)果與廠家的認(rèn)定值基本吻合，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.32%～0.65%，回收率為99.2%～100.6%.

表2　精密度及加標(biāo)回收試驗

4　結(jié)論

本文利用ICP-AES法測定鎳基釬焊料中高含量的硼元素，通過王水低溫溶解，然后高溫發(fā)硫酸煙，同時采用基體匹配法對樣品進(jìn)行了準(zhǔn)確測定,結(jié)果良好.

由于日常生產(chǎn)中尚沒有含鎢、鉬的鎳基釬料，因此該方法能否突破國標(biāo)YS/T539.1-2009不能用于含鎢、鉬的鎳基粉末的測定的限制，將是下一步研究的重點.

[1]楊麗，王金陽，張庸.電感耦合等離子等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎳基釬焊料中鉻和硅[J].冶金分析，2013,33(6)：63-66.

[2]謝永慧,劉效方,毛唯,等.鎳基含硼釬料釬焊IC-6合金接頭近縫區(qū)硼化物研究[J]. 材料科學(xué)與工藝,1997(增刊):108-111.

[3]Malhotra R K,Satyanarayana K,Ramanaiah G V,et al. Determination of boron in geological materials, high-temperature nickel-base alloys,and uranium-magnesium rich samples by ICP-AES[J].Atomic Spectroscopy,1995,16(6):235-242.

[4]石曉麗，張寶松.電感耦合等離子等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎳基合金及鐵合金中微量銅[J].冶金分析，2008,28(6)：63-65.

[5]葉曉英,楊春晟,謝紹金.ICP-AES法測定含高鉭鎳基高溫合金中的硼[J].化學(xué)分析計量,2008,17(4):31-32.

[6]劉愛坤，戴學(xué)謙.電感耦合等離子等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎳鐵中硅、猛、磷、鉻、銅和鈷[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2009,26(3)：93-95.

[7]鄒亞娟,許實.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎳基高溫合金中鉻、鈦、鈮、鋁、鐵、硼的含量[J].理化檢驗：化學(xué)分冊,2010,46(5):491-492.

[8]朱莉.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎳鉻鉬系油井管中鋁[J].冶金分析，2010,30(5)：68-71.

[9]朱莉.電感耦合等離子等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎳基合金中鈮[J].冶金分析，2010,30(8)：58-61.

[10]趙容超,唐本玲.電感耦合等離子體光譜法測定鎳基高溫合金中的硅、錳、磷含量[J].化學(xué)分析計量,2011,20(4):54-56.

[11]張少薇,喬云雙.ICP-AES法在鎳基合金粉末分析中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2012,5:68-71.

[12]張江竹，李國華. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定高溫合金和耐熱不銹鋼中鈮時釩、鈦、鉻的光譜干擾及校正[J].冶金分析，2013,33(8)：43-48.

[13]程石，王偉旬，黃偉磊,等. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定Cr20Ni80鎳鉻合金濺射靶材中多種元素[J].冶金分析，2013,33(10)：40-42.

[14]鄒智敏，郭宏杰，馬洪波,等. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定高鉻鎳基合金中微量鈷[J].冶金分析，2014,34(7)：74-77.

[15]胡建春，趙 覲，張瑞霖.電解重量法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法在測定氧化鎳中鎳鈷銅鋅鐵錳中的應(yīng)用[J].冶金分析，2015,35(11)：28-33.

[16]陳琣榕,李景虹,鄧勃.現(xiàn)代儀器分析實驗與技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社,2006:21.

Determination of Boron in Nickel-Based Brazing Material by ICP-AES

YANG Li, ZHANG Yong

(TechniqueCenterofShenyangLimingAero-EngineCorporation,Shenyang110043,China)

The analytical conditions of boron in nickel-based brazing material by ICP-AES were discussed in this paper. The samples were dissolved in aqua regia at low temperature, and fumed in sulfuric acid at high temperature with a large quantity of smoke. The standard samples were prepared according to the matrix matching method, which not only reduced the matrix effect, but also solved the problem of lack of standard reference material. The linearity range was 0～0.06 mg/mL with a correlation coefficient of 0.999 98. The contents of boron in the nickel-based brazing samples were determined by ICP-AES using the spectral line of 182.641 nm. The detection limit was 3×10-5mg/mL (n=11). The relative standard deviations (RSD) was 0.32%～0.65% and the recovery was 99.2%～100.6%.

ICP-AES; nickel-based brazing materials; boron; dissolution method; matrix matching

2016-02-03;

2016-04-08.

楊麗(1978-)，女，高級工程師，主要從事金屬材料化學(xué)成分分析工作，E-mail：yanglidbr@126.com.

O657.32

B

1006-3757(2016)02-0102-04

10.16495/j.1006-3757.2016.02.007