電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎢錸合金中錸含量

朱江凱，石科學(xué)，晁小濤

(西安漢唐分析檢測有限公司，陜西 西安 710201)

鎢在金屬中的熔點最高，可達(dá)3422 ℃，具備高密度、優(yōu)良導(dǎo)熱性的特點[1-3]。但是由于鎢金屬中含有C、N、O等雜質(zhì)元素，這些元素的溶解度較低，在結(jié)晶處會形成相應(yīng)的化合物導(dǎo)致鎢金屬產(chǎn)生低溫脆性[4]，所以在室溫下鎢金屬很難進(jìn)行切削加工和冷變形。為了解決這一難題，可以通過對其進(jìn)行固溶強(qiáng)化來改善性能[5]。錸，作為一種極其稀有的金屬在地球上的豐度很低，同時也十分珍貴，目前參與高溫合金的生產(chǎn)過程，助力于航天航空行業(yè)的發(fā)展[6]。將錸加入到鎢中可以產(chǎn)生“錸效應(yīng)”，有效改善鎢金屬的性能，加入錸的含量不同，對結(jié)果的影響也不同，當(dāng)錸含量在7%時屈服強(qiáng)度最小、韌性最大；含量大于27%時，性能就會變差[5]。因此，準(zhǔn)確測定鎢錸合金中錸元素的含量對鎢錸的生產(chǎn)制造過程極為重要。

任喜強(qiáng)等[7]綜述了目前實驗室制備鎢錸合金的方法，主要有化學(xué)氣象沉積法、磁控濺射法及粉末冶金法[7]。常見的鎢錸種類有鎢錸3、鎢錸5、鎢錸10以及鎢錸25。目前對錸元素的測定方法主要分為儀器法和化學(xué)濕法兩種，儀器法包括等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[8]、等離子體光譜法(ICP-AES)[9]以及X射線熒光光譜法[10]；濕法主要是電化學(xué)法和光度法[11-12]。 關(guān)于鎢錸中錸元素的測定目前報道較少，劉輝等[13]采用等離子體光譜法測定W-Re-Hfc合金中Re元素的含量，通過鹽酸-氫氟酸-硝酸體系溶解試樣，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。本文采用等離子體光譜法測定鎢錸合金中錸元素的含量，利用過氧化氫溶解試樣，溶樣過程簡單便捷，測量結(jié)果準(zhǔn)確，為鎢錸合金中測定錸元素提供了一條切實可行的方法。

1 實 驗

1.1 主要設(shè)備和試劑

ICAP PRO X Duo型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(耐氫氟酸進(jìn)樣系統(tǒng))，美國Thermo Scientific；GSB G 62064-90錸國家標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度：1000 μg/mL)，北京國家鋼鐵材料測試中心；過氧化氫(分析純)，成都科隆化學(xué)品有限公司；硝酸、鹽酸、氫氟酸都是分析純；二次去離子水(電阻率超過1 MΩ·cm，25 ℃)；WRe5、WRe25鎢錸合金試樣，西安瑞福萊鎢鉬金屬材料有限公司；鎢粉(wMo≥99.98%)，西安瑞福萊鎢鉬金屬材料有限公司；氬氣(純度為99.99%)。

1.2 設(shè)備工作條件

RF功率1152 W；等離子體、輔助、霧化器氣體流量分別為15、0.5、0.5 L/min；泵速45 rpm；積分時間30 s；水平觀測。

1.3 試樣處理方法

WRe5合金中Re元素含量約為5%，WRe25合金中Re元素含量約為25%，在保證試樣均勻的前提下，取鎢錸合金樣品0.1 g，放進(jìn)聚四氟乙烯燒杯，加入10 mL過氧化氫低溫加熱溶解。樣品充分溶解，溶液澄清透明，待溶液溫度恢復(fù)至室溫后，移至100 mL聚四氟乙烯容量瓶，水定容至標(biāo)線，混勻。鎢錸中錸元素含量較高，直接測定效果不佳，需通過分取處理，10 mL移液管移取10 mL鎢錸溶液到100 mL聚四氟乙烯容量瓶里面，定容至標(biāo)線，混勻備用。

1.4 校準(zhǔn)曲線繪制

取鎢粉基體0.1 g，參考1.3試驗方法溶鎢粉、待冷卻移至100 mL聚四氟乙烯容量瓶，用水定容至標(biāo)線。再依次取10 mL以上溶液添加到五支100 mL容量瓶里面，依次添加錸標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.5、1.0、2.0、3.0 mL，所得溶液中錸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%。測得標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中錸元素譜線強(qiáng)度，橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)是溶液中錸含量(x，%)、光發(fā)射強(qiáng)度(y)，再繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品溶解方法的選擇

分別稱取3份鎢錸合金試樣的屑狀樣品各0.10 g，分別采用鹽酸-硝酸、硝酸-氫氟酸、過氧化氫等3種溶解方式溶解。根據(jù)實驗結(jié)果可知用鹽酸-硝酸進(jìn)行樣品溶解處理，樣品無法充分溶解，有黃色沉淀，不能對其進(jìn)行測定；用硝酸-氫氟酸進(jìn)行樣品溶解處理，依舊無法充分溶解，溶液也不夠清涼，有少量黑色沉淀；將過氧化氫加入到樣品里面，低溫加熱，樣品能夠充分溶解，溶液澄清透亮，因此采用過氧化氫進(jìn)行樣品溶解處理。

2.2 分析譜線的確定

參考1.3試驗方法，配置基體溶液與錸元素單標(biāo)溶液，1.2儀器最佳條件下測定即可獲取預(yù)先選擇元素單標(biāo)溶液全部分析譜線光譜圖，譜線信號強(qiáng)度較弱出現(xiàn)在錸204.908 nm，靈敏度較低且存在干擾元素；197.312 nm和221.426 nm譜線強(qiáng)度接近，但是強(qiáng)度也較低，并且譜線197.312 nm也存在W元素的干擾；譜線221.426 nm強(qiáng)度適中且不存在干擾元素。結(jié)合上述相關(guān)實驗分析可知，以高信噪比、靈敏度適中、受干擾程度小原則對鎢錸合金中錸元素最佳分析譜線加以選擇[14-15]，即為221.426 nm。

2.3 基體干擾及校正

配置不含鎢基體與含0.1 g鎢基體標(biāo)準(zhǔn)溶液，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定錸元素譜線強(qiáng)度，結(jié)果見表1。

表1 不同基體下Re元素含量

由表1可知，在2條分析譜線下對不含鎢基體和含有0.10 g鎢基體的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，錸的含量相差明顯，說明鎢基體的存在對錸元素的測定結(jié)果有不同程度的影響。樣品溶解條件與酸的用量盡可能相同[16]。

2.4 線性方程、線性范圍與定量限

ICP-AES法檢測時，試樣取量對待測元素定量下限影響大[17]。各項元素定量下限滿足測定范圍下限，進(jìn)行定量下限測定試驗。取鎢粉0.1 g，溶解定容分取之后，對空白試樣溶液進(jìn)行11次測定，對相關(guān)元素測定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差計算，元素定量限是10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表2。結(jié)合相關(guān)實驗分析可知，方法檢出限效果理想，測定范圍內(nèi)相關(guān)元素線性關(guān)系良好，測定要求達(dá)標(biāo)。

表2 測量范圍和定量限

表3 精密度結(jié)果

2.5 精密度

參考1.3方法對鎢錸合金試樣進(jìn)行處理，1.2儀器工條件下進(jìn)行11次測定，測定結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)偏差都未超過2%，由此能夠看出此方法精密度效果較為理想。

2.6 加標(biāo)回收試驗

把不同量錸標(biāo)準(zhǔn)溶液依次添加到鎢錸合金試樣里面，完成加標(biāo)回收試驗，錸元素加標(biāo)回收率101.0%～101.5%，見表4。由此能夠看出此方法測定結(jié)果可靠性、準(zhǔn)確性可得到保障。

表4 加標(biāo)回收試驗結(jié)果

3 結(jié) 論

構(gòu)建電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎢錸合金中錸元素含量分析方法，過氧化氫溶解鎢錸合金試樣，譜線干擾試驗確定錸元素最佳分析譜線，即為221.426 nm，基體干擾可用用基體匹配法將其加以消除。此方法實際應(yīng)用優(yōu)勢較為突出，主要體現(xiàn)在準(zhǔn)確快速當(dāng)，測定實際生產(chǎn)鎢錸合金樣品錸元素效果較為理想。