微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定718合金中鋁鈷鈦釩磷鎢六種元素

李亞琴，張 眾，陳學(xué)清

（1.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司，寧夏石嘴山 753000；2.稀有金屬特種材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏石嘴山 753000；3.國(guó)家鉭鈮特種材料工程技術(shù)研究中心，寧夏石嘴山 753000）

718合金是一種鎳鐵基合金，主要化學(xué)成分包括鎳、鐵、鉬和鈮，其合金的組織較為穩(wěn)定，有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能，同時(shí)具有良好的加工性能，是應(yīng)用最為廣泛的高溫合金之一。雜質(zhì)元素的含量高低對(duì)于合金的鑄造組織和凝固行為都有一定的影響。利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀進(jìn)行雜質(zhì)元素的分析測(cè)試目前在國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)被廣泛應(yīng)用［1，2］。試驗(yàn)研究用微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定718合金中六種雜質(zhì)元素，方法準(zhǔn)確度高，精密度好，能夠滿足合金產(chǎn)品分析的要求［3～6］。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作條件

1.1.1 儀器

光譜儀：賽默飛公司iCAP6300全譜直讀光譜儀。

微波消解儀：萊伯泰科Milestone ETHOSONE微波消解儀。

1.1.2 工作參數(shù)：

通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化，綜合考慮確定光譜儀最佳工作參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 試劑與材料

1.氫氟酸：優(yōu)級(jí)純。

2.硝酸：優(yōu)級(jí)純。

表1 儀器最佳工作參數(shù)

3.鹽酸：優(yōu)級(jí)純。

4.標(biāo)準(zhǔn)溶液：Al、Co、Ti、V、P、W 標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mg/mL（鋼鐵研究總院分析測(cè)試研究所生產(chǎn)的液體標(biāo)準(zhǔn)）。依次把六種標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mg/mL分取10 mL于100 mL容量瓶中，以水稀釋至刻度，搖勻，配制成100μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液，待用。

5.氬氣：體積分?jǐn)?shù)≥99.99%。

6.高純鐵粉：鐵含量≥99.99%。

7.高純鎳粉：鎳含量≥99.99%。

8.高純鉬粉：鉬含量≥99.99%。

9.高純氫氧化鈮：含量≥99.99%。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)步驟

稱取0.100 0 g樣品放入微波消解罐中，加入8 mL HCl，8 mL HNO3，2 mL HF，2 mL水，待反應(yīng)不劇烈后放入微波消解儀進(jìn)行溶解，微波加熱程序?yàn)椋?5 min升溫至220℃，保溫35 min，待微波程序結(jié)束后，取出微波罐，倒出樣品溶液，用塑料容量瓶以水定容100 mL，搖勻后直接在儀器上測(cè)定。隨試樣進(jìn)行試劑空白試驗(yàn)。

1.3.2 718合金中鋁、鈷、鈦、釩、磷、鎢元素工作曲線配制

在四個(gè)微波消解罐中每個(gè)罐依次稱入高純鐵粉0.038 g，高純鎳粉 0.042 g，高純鉬粉0.008 g，高純氫氧化鈮 0.023 g，加入 8 mL HCl，8 mL HNO3，2 mL HF，2 mL水，待反應(yīng)不劇烈后放入微波消解儀進(jìn)行溶解，待微波程序結(jié)束后，把四個(gè)微波罐中的溶液轉(zhuǎn)入一個(gè)100 mL塑料容量瓶中，以水稀釋至刻度，搖勻。分別分取25 mL于四個(gè)100 mL容量瓶中，分別加入一定量的100μg/mL的Al、Co、Ti標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成 濃 度 為 0μg/mL、0.5 μg/mL、2μg/mL、5μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)系列，分別加入一定量的100μg/mL的V、W標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成濃度為 0μg/mL、0.5 μg/mL、1μg/mL、3μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)系列，分別加入一定量的100μg/mL的P標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成濃度為0 μg/mL、0.1μg/mL、0.2μg/mL、0.5μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)系列，用塑料容量瓶定容100 mL，搖勻后待用。

2 結(jié)果與討論

2.1 測(cè)定波長(zhǎng)的選擇

由于718合金中基體元素含量較高，所以需要考慮各分析元素之間的相互干擾、基體元素對(duì)分析元素的干擾以及測(cè)定的靈敏度的影響，各待測(cè)元素選擇的靈敏線以及干擾情況見(jiàn)表2。

表2 各待測(cè)元素的譜線和干擾元素

經(jīng)過(guò)譜線選擇試驗(yàn)，確定了基體影響較小同時(shí)干擾少的元素譜線，其波長(zhǎng)見(jiàn)表3。

表3 各待測(cè)元素的譜線波長(zhǎng)

2.2 儀器工作參數(shù)選擇

選擇儀器工作條件的依據(jù)是，在分析功率能夠滿足分析要求的前提下，選用信背比低的功率；氣流量要考慮等離子體火焰穩(wěn)定、待測(cè)元素靈敏度足夠高的因素，同時(shí)兼顧較小的基體干擾效應(yīng)，綜合考慮這些因素選擇對(duì)待測(cè)元素都適合的儀器工作條件。本試驗(yàn)選擇的儀器工作參數(shù)為：RF功率1 150 W；蠕動(dòng)泵泵速50 r/min；輔助氣流量0.5 L/min；觀測(cè)方式：水平觀測(cè)。

2.3 工作曲線的配制

718合金樣品的組分主要是鐵、鎳、鉬和鈮，在雜質(zhì)元素測(cè)定過(guò)程中基體效應(yīng)干擾測(cè)定的準(zhǔn)確度。本試驗(yàn)采用高純鐵粉、高純鎳粉、高純鉬粉和高純氫氧化鈮做基體，加入合適濃度的 Al、Co、Ti、V、P和 W標(biāo)準(zhǔn)溶液配制工作曲線，其線性方程和相關(guān)系數(shù)（r）見(jiàn)表4。

表4 元素的線性方程和相關(guān)系數(shù)

2.4 基體的光譜干擾

在測(cè)定718合金中雜質(zhì)元素的過(guò)程中，基體的影響是不容忽視的問(wèn)題。為了減弱基體的影響，配制與樣品組分有相同量的基體的工作曲線。同時(shí)優(yōu)化儀器條件，采用適宜的高頻功率和載氣流量共同抑制基體效應(yīng)。

2.5 溶樣條件選擇試驗(yàn)

針對(duì)樣品選用不同種類的酸進(jìn)行溶樣，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 溶樣條件選擇試驗(yàn)

從以上溶樣結(jié)果可以看出，使用電爐加熱的方式，樣品不能完全分解，就無(wú)法進(jìn)行后續(xù)分析。采用微波消解能很好地分解樣品，為后續(xù)分析提供了保證。通過(guò)試驗(yàn)確定了微波溶樣的條件為：加入8 mL HCl，8 mL HNO3，2 mL HF，2 mL水。

2.6 精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)

選用一種合金標(biāo)樣做六種雜質(zhì)元素的精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)。分別稱取十份樣品，按試驗(yàn)步驟進(jìn)行樣品處理及分析，用鋁、鈷、鈦、釩、鎢和磷元素工作曲線進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 方法的精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)（n＝10）

由表6可知，六種雜質(zhì)元素的RSD＜3.84%，精密度很好。從與標(biāo)樣值的對(duì)照結(jié)果可以看出均在方法的允許差范圍內(nèi)，可以滿足合金樣品分析測(cè)試要求。

2.7 加標(biāo)回收試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法操作，在樣品中依次加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

由表7可以看出，六種雜質(zhì)元素的回收率在92.9%～113.8%之間，加標(biāo)回收結(jié)果較好，可以滿足合金樣品分析要求。

3 結(jié) 論

在研究了718合金對(duì)六種雜質(zhì)元素的基體效應(yīng)與光譜干擾的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了譜線選擇、優(yōu)化儀器條件以及樣品測(cè)定的試驗(yàn)，建立了微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定718合金雜質(zhì)元素的方法。經(jīng)過(guò)對(duì)樣品分析結(jié)果表明，各待測(cè)元素的回收率均在92.9%～113.8%之間。該方法靈敏度高，準(zhǔn)確度好，檢測(cè)流程短，能夠滿足合金樣品的分析需要。