鋁基封嚴(yán)涂層材料中BN含量的電感耦合等離子原子發(fā)射光譜分析法

白鵬昊 劉海飛 周恒 許貞元 藺雅潔

摘 要：本文采用ICP-OES測(cè)定了鋁基封嚴(yán)涂層材料中BN含量，并對(duì)此類樣品的前處理溶樣方法、儀器工作參數(shù)、干擾等進(jìn)行了研究，方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差<2%（n=9），加標(biāo)回收率在95%-105%之間。滿足鋁基封嚴(yán)涂層材料中BN化學(xué)分析和產(chǎn)品檢驗(yàn)

要求。

關(guān)鍵詞：ICP-OES;封嚴(yán)涂層材料;鋁基;BN含量

前 言

BN是一種發(fā)展?jié)摿薮蟮墓δ苄蕴沾刹牧蟍1]，在冶金、潤(rùn)滑劑、電子工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。其中，鋁基BN作為封嚴(yán)涂層材料，應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)上，可顯著提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率并較低油耗[2-5]。然而目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)測(cè)定此類材料中BN含量的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

BN的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有很強(qiáng)的耐酸堿性能， 因此BN樣品的前期溶樣方法為技術(shù)難點(diǎn)。以往BN測(cè)定前常采用堿熔直接分解法進(jìn)行溶樣，但該方法試樣溶解過(guò)程中反應(yīng)劇烈，會(huì)有部分樣品飛濺，測(cè)試結(jié)果往往偏低。為解決這一問(wèn)題，本文利用BN不溶于酸的特性，先酸溶過(guò)濾雜質(zhì)后再堿熔樣品，同時(shí)對(duì)酸的選擇及用量、分析譜線和共存元素干擾的排除進(jìn)行了探討，建立了ICP-OES測(cè)定鋁基封嚴(yán)涂層材料中BN含量的方法。該方法操作簡(jiǎn)便、測(cè)試準(zhǔn)確度高，可以滿足鋁基封嚴(yán)涂層材料中BN日?；瘜W(xué)分析和產(chǎn)品檢驗(yàn)要求。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.1? 試劑及儀器

電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀（安捷倫5100VDV型）。

濃硝酸（ρ1.42g/ mL）優(yōu)級(jí)純，鹽酸（ρ1.19g/ mL）優(yōu)級(jí)純，無(wú)水碳酸鈉優(yōu)級(jí)純。

B標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000μg/ mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心）。

純鋁（99.99%，鋼研納克檢測(cè)技術(shù)股份有限公司）。

1.2? 儀器及其工作條件

ICP-OES工作條件：霧化氣流量 0.85L/min，功率 1.0kw，徑向觀測(cè)高度 8mm。

分析譜線：B 249.772nm。

1.3? 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1? 樣品處理

稱取0.2000g（精確至0.0001g）充分混勻后的試樣于燒杯中，加入20mL鹽酸+20mL硝酸，置于電爐上低溫加熱溶解，直至溶液中不再溢出小氣泡，待反應(yīng)完全，試液中會(huì)存在大量白色懸浮物，懸浮物主要為不溶于水及酸的BN。之后在燒杯中用去離子水清洗沉淀至濾液接近無(wú)酸性，濾液轉(zhuǎn)移至500mL容量瓶，蓋上瓶塞，待用。將洗干凈的濾渣沉淀連同濾紙放入30mL鉑金坩堝中，放入900℃的馬弗爐中灼燒灰化30min后取出，稍冷。加入2.0g無(wú)水碳酸鈉，在850℃馬弗爐中熔融60min至BN完全熔融，取出。冷卻后加入5mL去離子水到含熔融物的鉑金坩堝中，再加入5mL鹽酸酸化，此時(shí)熔融物澄清，將此溶液移入盛有濾液的容量瓶中，以去離子水稀釋至刻度，搖勻。再取搖勻后的溶液10.00mL于100mL容量瓶中，以去離子水稀釋至刻度，搖勻，待測(cè)。

1.3.2? 空白溶液的制備

稱取0.14g純鋁于鉑金坩堝中，按樣品處理的步驟處理，制備的溶液在500 mL容量瓶定容。

1.3.3? 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的配制

取1000μg/ mL 的B標(biāo)準(zhǔn)溶液10.00mL于100mL容量瓶中，以去離子水定容，搖勻。于6個(gè)100mL容量瓶分別吸入1.3.2中10.00mL試劑空白溶液，再分別向其中加入0.00mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL、5.00mL上述稀釋后的B標(biāo)準(zhǔn)溶液。然后以去離子水稀釋至刻度，搖勻。此標(biāo)準(zhǔn)溶液中B濃度見(jiàn)表1。

1.4? 結(jié)果計(jì)算

啟動(dòng)等電離耦合等離子發(fā)射光譜儀，對(duì)6種不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行分析，測(cè)試強(qiáng)度值，建立強(qiáng)度—濃度曲線，然后對(duì)試液進(jìn)行測(cè)試，按公式（1）計(jì)算樣品中BN的百分含量：

（1）

式中：W為樣品中BN的含量，%;m為試樣質(zhì)量，g;C為軟件檢測(cè)出的B元素含量，μg/ mL;V為試液的總體積，mL;A 為B元素?fù)Q算成BN的系數(shù)，2.2960。

二、結(jié)果與討論

2.1 試樣溶解實(shí)驗(yàn)

酸的選擇直接影響到雜質(zhì)是否可以完全除去，同時(shí)酸會(huì)對(duì)ICP-OES產(chǎn)生干擾，酸效應(yīng)的干擾順序?yàn)椋蝴}酸<硝酸<高氯酸<磷酸<硫酸[6]，所以試樣溶解實(shí)驗(yàn)盡量選擇酸效應(yīng)較小的鹽酸和硝酸。而堿熔融溫度也可以直接影響到溶解效果，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，單獨(dú)的HCl和HNO3 20mL和40mL均可以使試樣最終完全溶解，但在去除雜質(zhì)時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)。采用20mL HCl + 20mL HNO3酸溶，在850℃和900℃堿熔融溫度時(shí)試樣均完全溶解，溫度再升高，試樣最后溶解效果反而不好。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇20mL HCl + 20mL HNO3酸溶，堿熔融溫度為850℃。

2.2? 分析譜線的選擇

在ICP-OES分析時(shí)，各元素間經(jīng)常存在重疊干擾，因此分析譜線的選擇非常重要[7]。本實(shí)驗(yàn)在安捷倫5100 ICP-OES推薦的信號(hào)強(qiáng)度下，選擇182.577nm、208.956 nm、249.772 nm

這三個(gè)盡可能避免Al元素譜線干擾的B元素譜線做比較。結(jié)果顯示，選擇的三個(gè)譜線峰型和標(biāo)曲均無(wú)問(wèn)題，不過(guò)249.772nm譜線信號(hào)強(qiáng)度最高，因此，選擇249.772nm波長(zhǎng)為本實(shí)驗(yàn)分析譜線。

2.3? 共存元素干擾的排除

鋁基氮化硼中主要元素為B和Al，還有部分Si。其中Al為鋁基粉末的余量元素，含量大約為70%，產(chǎn)生的基體效應(yīng)對(duì)B的測(cè)試干擾較大，而Si含量較少，對(duì)B的測(cè)試基本無(wú)干擾?；w匹配法是光譜分析中常用的方法，可有效降低基體對(duì)目標(biāo)元素的干擾[8]。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)Al含量的匹配，校正補(bǔ)償基體Al對(duì)BN含量測(cè)定的影響。

2.4? 樣品測(cè)定結(jié)果及方法精密度

對(duì)3組樣品分別進(jìn)行連續(xù)9次測(cè)定，計(jì)算RSD（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差），結(jié)果見(jiàn)表3，連續(xù)9次測(cè)量的RSD 值均小于 2%，分析精度滿足化學(xué)分析要求。

2.5? 方法回收率

稱取0.14g鋁粉，分別加入不同量的BN粉末進(jìn)行回收試驗(yàn)，計(jì)算回收率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4?；厥章蕿?5%-105%，完全滿足分析要求。BN含量測(cè)定范圍為10.0%-23.0%。

三、結(jié)論

本文采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法可以實(shí)現(xiàn)鋁基封嚴(yán)涂層材料中BN含量的快速準(zhǔn)確測(cè)定。在測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)對(duì)Al基體的匹配，有效降低了基體干擾帶來(lái)的數(shù)據(jù)波動(dòng)，提高了BN含量測(cè)試的精確度。

經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，該方法RSD 值小于 2%，回收率為95%-105%，分析精度及準(zhǔn)確度滿足化學(xué)分析要求，可適用于鋁基封嚴(yán)涂層材料中BN含量（18.0%-23.0%）的日常測(cè)定。

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作者簡(jiǎn)介：白鵬昊（1989-09-），男，漢族，河北省人，碩士，助理工程師，研究方向：分析測(cè)試。