鈦鐵合金中Al、Cu、Mn、Si、P 檢測方法的探討與應(yīng)用

朱麗萍 李曉俠 孫浩然

（1、承德建龍?zhí)厥怃撚邢薰?，河?承德067300 2、河北省鍛造用鋼工程技術(shù)研究中心，河北 承德067300 3、河北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津300400）

國標(biāo)規(guī)定鈦鐵的鈦及其相關(guān)輔助元素檢測方法分別如下：GB/T 4701.6 鈦鐵鋁含量的測定EDTA 滴定法；GB/T 4701.3 鈦鐵 銅含量的測定 銅試劑光度法和火焰原子吸收光譜法；GB/T 4701.4 鈦鐵 錳含量的測定 亞砷酸鹽 亞硝酸鹽滴定法和高碘酸鹽光度法；GB/T 4701.2 鈦鐵硅含量的測定硫酸脫水重量法；GB/T 4701.7 鈦鐵 磷含量的測定 鉍磷鉬藍(lán)分光光度法和鉬藍(lán)分光光度法。要想按國標(biāo)方法完成一個鈦鐵合金的Al、Cu、Mn、Si、P 成分檢測，需要采用以上五種檢測方法分別進(jìn)行方可解決，不但耗時長，當(dāng)天無法完成全部項(xiàng)目的檢測，而且員工勞動強(qiáng)度大、工作效率低，不滿足當(dāng)前檢測工作和生產(chǎn)質(zhì)量管控的需要。為此，化驗(yàn)室組織開展了方法的改進(jìn)研究工作，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，經(jīng)過了幾十次實(shí)驗(yàn)積累，尋找最佳操作條件和參數(shù)，最終確定了一種比較適合企業(yè)使用低檢測方法，該方法只需要一種溶液就能同時檢測鈦鐵中Al、Cu、Mn、Si、P 元素的含量。內(nèi)容包括以下步驟：

1 測定原理

試樣用酸溶解后冒硫酸煙，經(jīng)稀鹽酸溶解鹽后定容，利用相應(yīng)的進(jìn)樣系統(tǒng)，將標(biāo)準(zhǔn)溶液引入ICP 發(fā)射光譜儀，測定元素分析線的發(fā)射光強(qiáng)度，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線確定各種元素的含量。

2 樣品要求

按GB/T4010 標(biāo)準(zhǔn)要求制樣，樣品全部通過0.125mm 篩孔。

3 相關(guān)設(shè)備及試劑

3.1 電子天平（感量0.0001g）。

3.2 電熱板（100℃-300℃）。

3.3 ICAP6300 型全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，工作條件為：RF 功率1150w；泵速50 r/min；輔助氣0.5L/min；霧化器0.65L/min；觀測高度15cm；積分時間30s。

3.4 聚四氟乙烯燒杯（250mL）。

3.5 王水：鹽酸（ρ：1.84g/mL，優(yōu)級純）+硝酸（ρ：1.16g/mL，優(yōu)級純）=3+1。

3.6 氫氟酸（ρ：1.16g/mL，優(yōu)級純）。

3.7 硫酸（ρ：1.84g/mL，優(yōu)級純）：1+1。

3.8 鹽酸（ρ：1.19g/mL）：1+1。

3.9 容量瓶（50mL）。

3.10 Al 標(biāo) 準(zhǔn) 溶 液（1000 μg/ml）、Cu 標(biāo) 準(zhǔn) 溶 液（1000 μg/ml）、Mn 標(biāo) 準(zhǔn) 溶 液（1000 μg/ml）、Si 標(biāo) 準(zhǔn) 溶 液（1000 μg/ml）、P 標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000 μg/ml）。

4 操作條件

4.1 實(shí)驗(yàn)室溫度：23±5℃，相對濕度RH：≤80%。

4.2 全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀及水冷機(jī)等其他附屬使用設(shè)備運(yùn)行正常。

4.3 氬氣純度>99.99%，其儲備量>6.0MPa,保證檢測的順利進(jìn)行。

4.4 所用試劑均為優(yōu)級純且不含被測元素，檢測用水為符合GB/T6682 標(biāo)準(zhǔn)的一級超純水。

5 樣品制備

將0.2（精確至0.0001）g 試樣置于聚四氟乙烯燒杯中，用王水、氫氟（3.6）酸在電熱板上低溫溶解約20min，加2ml 稀硫酸（3.7）溶至近干，取下稍冷，加入10ml 稀鹽酸（3.8)溶鹽后取下冷卻至室溫，用一級超純水定容于50ml 容量瓶中待測。

6 繪制工作曲線

用半定量方法大概測定一下試樣各元素的大概含量范圍，然后稱取五份與試樣的鐵和鈦含量接近的高純鐵和高純鈦（確保基體匹配)，分別置于聚四氟乙烯燒杯中，分別置于聚四氟乙烯燒杯中，按上述試樣的熔樣方法同樣處理后分別加入做曲線用的6 個50ml 容量瓶內(nèi)，再分別吸取一定體積的1000 μ/ml Al、Cu、Mn、Si、P 元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照各元素的含量配制濃度由低到高的相應(yīng)繪制曲線用標(biāo)準(zhǔn)溶液（見表1），使待測元素含量落在工作曲線范圍內(nèi), 稀釋定容于已放入基體鐵和鈦的容量瓶中。

打開儀器狀態(tài)工具欄，再次確認(rèn)全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀運(yùn)行正常后開啟排風(fēng)與循環(huán)水，安裝好蠕動泵管，上好泵夾，將樣品管置于換好的400ml 左右超純水的燒杯中，打開等離子狀態(tài)工具欄，點(diǎn)擊等離子體開啟，儀器進(jìn)入點(diǎn)火狀態(tài)。待等離子體穩(wěn)定20-40min 以后，開始進(jìn)行檢測。

點(diǎn)擊標(biāo)準(zhǔn)化圖標(biāo)，打開標(biāo)準(zhǔn)化對話框依次（最好濃度由低到高）運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)溶液，點(diǎn)擊完成；雙擊樣品名稱，即可打開Subarray譜圖（樣品譜圖可疊加），察看譜峰是否有干擾，某些干擾可通過移動譜峰和背景的位置來消除干擾，需要點(diǎn)擊更新方法進(jìn)行方法重建或更新；通過方法→元素→譜線和級次→擬合，察看譜線的線性關(guān)系和相關(guān)系數(shù)，以確定該譜線是否可用；選用干擾少，信倍比高、相關(guān)系數(shù)好（≥0.999）的譜線為分析譜線。推薦譜線 為 AL:308.215nm、Cu：372.369 nm、Mn：257.6 nm 1、Si：288.158 nm 及P：178.284nm。

表1 待測元素的推薦分析線及標(biāo)準(zhǔn)曲線配制濃度

7 檢測

在測定測定完標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液的相同條件下，利用相應(yīng)的進(jìn)樣系統(tǒng)，將試樣溶液和試劑空白液導(dǎo)入耐氫氟酸進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)行測定各元素的強(qiáng)度與工作曲線比較，從而得到試樣中的各元素含量。

8 結(jié)果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證檢測方法的分析效果，我們利用標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測試樣，分別進(jìn)行了該檢測方法的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)、精密度及準(zhǔn)確度驗(yàn)證。

8.1 加標(biāo)回收率

分別采用編碼為GBW01430和Ti30-1 的標(biāo)準(zhǔn)樣品以及待測試樣，按不同含量進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，數(shù)據(jù)見表2。

表2 回收率實(shí)驗(yàn)

8.2 精密度

對三個不同試樣分別進(jìn)行了10 次精密度實(shí)驗(yàn)，計算相應(yīng)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，列表如表3。

表3 精密度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(n=10)

8.3 準(zhǔn)確度

在進(jìn)行了加標(biāo)實(shí)驗(yàn)和精密度實(shí)驗(yàn)之后， 又利用編碼為YSBC19604-08 和YSBC19605-05標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了檢測，驗(yàn)證了其準(zhǔn)確度見表4。

表4 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

結(jié)束語

通過對鈦鐵合金中微量元素采用ICP-OES 進(jìn)行聯(lián)測方法的探討和實(shí)踐，并以上對標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測樣品的準(zhǔn)確度、精密度和回收率實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本方法準(zhǔn)確度完全滿足使用要求，加標(biāo)回收率在92%～105%范圍，精密度高、穩(wěn)定性好。經(jīng)過近幾年的實(shí)際應(yīng)用，用該方法在實(shí)際生產(chǎn)過程中檢測的鈦鐵中Al、Cu、Mn、Si、P 元素的數(shù)據(jù)，操作簡單，易于掌握，不但縮短了測定周期，檢測數(shù)據(jù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高。與日常實(shí)際生產(chǎn)工藝相結(jié)合，完全能滿足生產(chǎn)管控需要，大大降低了員工勞動強(qiáng)度，提高工作效率，可在鋼鐵行業(yè)中加以廣泛應(yīng)用。