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嘉峪檢測網 2024-11-21 17:02
高溫合金按元素構成分為鎳基、鐵基、鈷基，應用較廣泛的是鎳基高溫合金，占比為80%。鎳基高溫合金中基體鎳為面心立方晶格結構，該晶格結構使它能夠比鐵基高溫合金容納更多合金元素，因其優異的耐腐蝕性能和高溫強度而廣泛應用于航空航天、海洋、船舶等高端制造領域。金屬元素對于鎳基高溫合金的各種性能有至關重要的影響，因此準確分析其含量尤為重要。
目前測定鎳基高溫合金中金屬元素的方法主要有分光光度法、火焰原子吸收光譜法、滴定法等，但是這些測定方法均操作流程復雜，且只能測定單元素，效率低。電弧發射光譜法可以測定鎳基合金中的雜質元素，但是該方法需將試樣溶解蒸干，研磨成粉末，并在電弧發射光譜儀上測定，流程繁瑣，且需要購置設備，同樣不可取。電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）具有同時測定多種元素、檢出限低、線性范圍寬、靈敏度高等優點，而采用ICP-AES分析鎳基高溫合金中金屬元素的報道較少。多數鎳基高溫合金屬于高Mo、高Nb、高W的高熔點復雜合金，比普通的金屬材料難溶得多，這是需要解決的一個關鍵難題。此外，由于鎳基高溫合金中元素種類多，成分復雜，各個元素的光譜干擾嚴重，這給選定各個元素的分析譜線增加了困難。針對上述問題，研究人員采用鹽酸-硝酸-氫氟酸體系溶解試樣，將標準物質溶解后配制標準溶液，以ICP-AES測定鎳基高溫合金中Al、Co、Cu、Mn、Mo、Nb、Ta、Ti、V、W、Zr等11種金屬元素的含量，方法操作簡單，且安全性和準確度更高。
1、試驗方法
1.1 樣品前處理
稱取少量標準物質或待測試樣于聚四氟乙烯燒杯中，加入鹽酸和硝酸，在200℃加熱板上加熱溶解，當反應速率很慢時，補加鹽酸，繼續加熱至試樣完全溶解。取下燒杯，冷卻至室溫后加入氫氟酸，搖動燒杯，完全溶解燒杯內的黃色沉淀物，用水定容搖勻。隨同做空白試驗。
1.2 標準曲線繪制
將標準物質按照上述方法進行處理，配制成標準溶液系列，以此標準溶液系列繪制各元素的標準曲線，其中高純鎳配制的標準溶液作為零點空白。標準溶液系列中各元素的質量分數見表1。
表1 標準溶液系列中元素的質量分數
2、結果與討論
2.1 稱樣量的選擇
稱樣量由多種因素共同決定，如待測元素的含量、檢測方法的檢出限、光譜儀的靈敏度等。由于鎳基高溫合金中金屬元素的質量分數較高，尤其是Mo、W、Nb、Ti 等的質量分數一般在 1%左右，有的甚至超過20%，為了避免光譜強度飽和，同時保證取樣的代表性和均勻性，經過反復試驗確定稱樣量為0.0500g。
2.2 元素分析譜線的選擇
電感耦合等離子體原子發射光譜儀會產生豐富的離子和原子譜線，同時鎳基高溫合金成分復雜，其金屬元素通常含量較高，譜線干擾多。儀器譜線庫中有多條待測元素特征譜線供選擇，盡量選擇發射強度高、峰形好、干擾小、靈敏度高的譜線作為分析譜線。本試驗選擇的元素分析譜線如表2所示。
表2 元素的分析譜線
結果表明：在選定的分析譜線下，各個元素標準曲線的相關系數均在 0.9995以上，部分元素的在0.9999以上?？梢钥闯?，采用選定的分析譜線進行測定時，各元素之間的譜線干擾可以忽略。
2.3 基體效應
基體效應是指樣品中的基體成分（本試驗主要是Ni）對各元素發射強度和背景的影響。建立標準曲線用的是YSBC11527、YSBC11528、GBW（E）010074、GH3625、BT9、GBW01501、YSBS11587-2020、GBW（E）010081、GBW（E）010080、Cr20Ni80Ti共計10種標準物質，其基體均為Ni，采用標準物質建立標準曲線，可以大大降低基體Ni對各元素分析結果的干擾，基體效應可以忽略不計。
2.4 標準曲線、檢出限和測定下限
按照儀器工作條件測定標準溶液系列，以元素的質量分數為橫坐標，對應的發射強度為縱坐標，繪制標準曲線，元素標準曲線的檢測范圍、線性回歸方程和相關系數見表3。
表3 線性參數、檢出限和測定下限
對高純鎳標準溶液連續測定10次，以測定值標準偏差s的3倍為各元素的檢出限（3s），以測定值標準偏差s的10倍為各元素的測定下限（10s），結果見表3。
由表3可知：各元素的檢測范圍較寬，且線性相關系數均在0.9995以上，線性相關系數越高，表明所選擇的分析譜線干擾小，基體干擾低，檢測準確度越高；各元素的檢出限均在0.0050%以下，大多數元素的檢出限低于0.0010%，除了Al元素外，其他元素的測定下限均不大于0.006%，表明該方法能夠對低含量試樣取得較高的檢測能力。
2.5 精密度和準確度試驗
按照試驗方法測定Ni75.70、Ni65.62、Cr20Ni80Ti、Cr20Ni80、YSBC11501、YSBC11502、YSBC41503、GH153、YSBC11508、1J79共計10種標準物質中各元素的含量，每種標準物質中各元素連續測定11次，計算測定值的相對標準偏差（RSD）和相對誤差，結果見表4。
表4 精密度和準確度試驗結果（n=11）
由表4可知，除Ta外其他元素測定值的RSD均小于1.0%，各元素測定值的相對誤差的絕對值均在6.0%以內，表明該方法的精密度和準確度均較高?？梢姡摲椒梢詽M足鎳基高溫合金應用行業對其金屬元素的檢測要求。
2.6 樣品分析
按照試驗方法對兩件牌號為GH3625鎳基合金樣品1#、2#進行分析，各元素的測定結果見表5。
表5 樣品分析結果
3、試驗結論
研究人員采用鹽酸-硝酸-氫氟酸體系溶解鎳基高溫合金試樣，以ICP-AES測定鎳基高溫合金中11種金屬元素的含量，方法操作簡單，標準曲線線性好、檢出限和測定下限低、精密度和準確度較高，能夠滿足鎳基高溫合金中金屬元素含量的測定要求。
作者：梁永昌
單位：天津市產品質量監督檢測技術研究院檢測技術研究中心
來源：《理化檢驗-化學分冊》2024年第9期
來源：理化檢驗化學分冊
