高頻燃燒-紅外吸收法測(cè)定Inconel X-750鎳合金中碳和硫

楊維維，盧思瑜，李劍

（寶鈦集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721014）

X-750 鎳基高溫合金具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能、較高的強(qiáng)度和較好的耐松弛性能，同時(shí)還具有良好的成形性能和焊接性能。該合金主要用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的片面彈簧和螺旋彈簧，還可用于制造汽輪機(jī)渦輪葉片等零件。因合金中碳和硫含量直接影響最終金屬材料的產(chǎn)品性能，所以，建立X-750 鎳合金中碳和硫含量的測(cè)定方法具有重要意義。

金屬中碳和硫的測(cè)定方法主要有滴定法、質(zhì)譜法、重量法、紅外法等[1-5]。高頻燃燒-紅外吸收法測(cè)定金屬中碳和硫具有操作簡(jiǎn)單、靈敏度高的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于金屬材料中碳和硫含量的測(cè)定[6-8]。

本文研究了高頻燃燒-紅外吸收法測(cè)定X-750鎳合金中碳和硫的分析條件。通過(guò)對(duì)助熔劑種類、稱樣量、燃燒功率、最短分析時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制與檢出限、方法的精密度等試驗(yàn)，建立了相應(yīng)的分析方法。方法已用于實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)，效果良好。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

CS600 碳硫分析儀，美國(guó)LECO 公司；CP124S 電子天平，靈敏度0.1 mg，德國(guó)賽多利斯公司。

鋼標(biāo)樣501-502，美國(guó)LECO 公司，1345：ω（C）%=0.071±0.003，ω（S）%=0.0167±0.0012；鋼標(biāo)樣501-502，美國(guó)LECO 公司，R1189-1：ω（C）%=0.059±0.002，ω（S）%=0.0115±0.0011；鋼鐵標(biāo)樣GBW01401a，鋼鐵研究總院: ω（C）%=0.0012±0.0004，ω（S）%=0.0015±0.0005；鎢助熔劑，美國(guó)LECO 公司，763-266；鎢錫助熔劑，美國(guó)LECO 公司，501-008；鐵屑助熔劑，美國(guó)LECO公司，501-077；高純氧氣，純度99.99%，20 Psi；氮?dú)猓?.28 MPa，40 Psi。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

試料加入助熔劑，置于瓷坩堝中，在氧氣氣流中燃燒，將碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳和/或二氧化碳，將硫轉(zhuǎn)化為二氧化硫，在特定的紅外池中檢測(cè)，用已知含量的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校準(zhǔn)，由計(jì)算機(jī)給出含量[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 助熔劑類型選擇

對(duì)于X-750 鎳合金材料，需要加入一定量的助熔劑降低熔點(diǎn)，使試樣中的碳和硫完全釋放出來(lái)。常用的氣體分析助熔劑有鎢錫、純鎢、純鐵等，鎢錫助熔劑可以使碳和硫更容易從待測(cè)樣品中釋放，獲得良好的助熔效果。考慮到要盡量減少空白值，最好選用單一種類的助熔劑。從表1 中得出，本實(shí)驗(yàn)選擇鎢錫作為助熔劑。

表1 助熔劑的選擇

2.2 熔質(zhì)比的確定

對(duì)于X-750 鎳合金，助熔劑用量過(guò)大，增加檢測(cè)成本；助熔劑用量過(guò)小，樣品無(wú)法完全熔融，對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較大。稱取0.5 g鋼標(biāo)樣501-502（1345），分別加入不同用量的鎢錫助熔劑，選擇燃燒功率為100%，碳積分時(shí)間為40 s，硫積分時(shí)間為60 s，在碳、硫曲線初始方程為y=+1.0下進(jìn)行試驗(yàn)。由表2可知，當(dāng)鎢錫量約2.0 g，試樣中碳測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定，試樣熔融物平展，能夠滿足分析要求，故實(shí)驗(yàn)選擇助熔劑用量為2.0 g，熔質(zhì)比為4.0，即助熔劑與樣品質(zhì)量之比為4.0。

表2 熔質(zhì)比試驗(yàn)

2.3 稱樣量的確定

對(duì)于X-750鎳合金，稱樣量過(guò)大，熔融性不好，氣體釋放不完全，產(chǎn)生飛濺和爬壁現(xiàn)象，還有可能超出檢測(cè)范圍；稱樣量過(guò)小，稱樣量誤差大，受到儀器波動(dòng)和空白的影響就大，檢測(cè)時(shí)峰值過(guò)小。經(jīng)試驗(yàn)，稱樣量從0.1～1.0 g，以0.1 g遞增最為適宜。由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)樣品稱樣量為0.5～0.7 g時(shí)，試樣中碳和硫測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定，試樣熔融物平展，能夠滿足分析要求。在本方法中，選擇稱樣量約為0.5 g。

2.4 燃燒功率

分別選擇燃燒功率為70%～100%試驗(yàn)。表3 為不同功率下試樣所得的檢測(cè)值。由表3 可知，對(duì)于X-750 鎳合金中氫分析功率選擇95%，碳和硫測(cè)定值穩(wěn)定，功率過(guò)低影響碳和硫的釋放，試樣熔融物平展，能夠滿足分析要求。本實(shí)驗(yàn)分析功率設(shè)定為95%。

表3 燃燒功率

2.5 最短分析時(shí)間

如圖1所示，積分開(kāi)始2 s后，逐漸形成碳的釋放曲線，到36 s 時(shí)釋放曲線降至水平位置，分析到40 s 后結(jié)束，因此我們選擇碳積分時(shí)間為40 s，能夠滿足分析要求。如圖2 所示，積分開(kāi)始15 s 后，逐漸形成硫的釋放曲線，到50 s時(shí)釋放曲線逐漸降至水平位置，分析到60 s 后結(jié)束，因此我們選擇硫積分時(shí)間為60 s，能夠滿足分析要求。

圖1 碳的釋放曲線

圖2 硫的釋放曲線

2.6 工作曲線和測(cè)定下限

在上述確定的試驗(yàn)條件下，使用鋼標(biāo)樣501-502（1345），GBW01401a 建立校準(zhǔn)曲線，得到碳和硫校準(zhǔn)曲線的回歸方程為y=+1.09901x+0.0000136412和y = + 1.0912x + 0.00524323，y = + 1.29875x +0.000157327，線性相關(guān)系數(shù)0.999。連續(xù)對(duì)空白進(jìn)行11 次獨(dú)立測(cè)定，碳空白平均值為1.7×10-6，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.00005%，以11 次空白值標(biāo)準(zhǔn)偏差的10 倍計(jì)算測(cè)定下限，該方法碳的測(cè)定下限為0.0005%；硫空白平均值為0.85×10-6，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.00005%，以11 次空白值標(biāo)準(zhǔn)偏差的10 倍計(jì)算測(cè)定下限，該方法硫的測(cè)定下限為0.0005%。

2.7 工作曲線符合性驗(yàn)證

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品501-502（R1189-1）分別進(jìn)行5 次測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定結(jié)果（n=5）

結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)樣品5次測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值允許范圍之內(nèi)，說(shuō)明工作曲線正確，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2.8 精密度試驗(yàn)

按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)2 個(gè)X-750 鎳合金樣品分別進(jìn)行了11次測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5 可看出，樣品測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=11）均不大于8%，說(shuō)明檢測(cè)結(jié)果精密度良好。

表5 精密度實(shí)驗(yàn)（n=11）

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)高頻燃燒-紅外吸收法測(cè)定Inconel X-750鎳合金中碳和硫的分析方法進(jìn)行了研究試驗(yàn)，確定了最佳的分析條件：稱取0.5 g樣品于瓷坩堝中，加入2.0 g鎢錫助熔劑，將樣品投入碳硫分析儀進(jìn)行測(cè)定，燃燒功率為95%，分析時(shí)間為碳40 s，硫60 s。該方法精密度和準(zhǔn)確度良好，操作快速、簡(jiǎn)便，已用于實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)，效果良好。