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嘉峪檢測網(wǎng) 2025-03-27 16:19
錸作為鎳基高溫合金的重要金屬原材料，能明顯抑制鎳基單晶高溫合金中γ′相的粗化，從而顯著增大合金的共格有序強(qiáng)化效果，提高蠕變性能、持久性能和抗氧化性能。高純金屬錸采用還原法提取，并通過精煉得到純度較高的錸，以粉末冶金的方法加工成材，其中氧元素多以氧化物的形式存在，氮元素以氮化物的形式存在，氧元素在高溫條件下會(huì)大幅降低材料性能，氮元素作為特殊氣體元素，有時(shí)可作為強(qiáng)化元素，因而用高純金屬錸熔煉高溫合金，可從源頭上控制高溫合金中氧、氮元素的含量。有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T 1018— 2015《錸粒》中規(guī)定氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.03%，氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.001%，因此對(duì)高純金屬錸中氧、氮元素含量的檢測和控制尤為重要。
目前分析金屬材料中氧、氮元素含量的方法有庫侖法、惰氣熔融-氣相色譜法、惰氣熔融-紅外吸收法、蒸餾分離分光光度法、惰氣熔融-熱導(dǎo)法等，其中惰氣熔融-紅外吸收/熱導(dǎo)法操作簡便、分析快速、準(zhǔn)確度高，已成為測定無機(jī)材料中氧、氮元素含量的主要分析方法之一，但關(guān)于測定高純金屬錸中氧、氮元素含量的報(bào)道較少。因此，研究人員采用惰氣熔融-紅外吸收/熱導(dǎo)法測定高純金屬錸中氧、氮元素的含量，以鎳籃-鎳囊為助熔劑，通過單點(diǎn)校準(zhǔn)法建立校準(zhǔn)曲線，可滿足高純金屬錸中氧、氮元素的分析需求。
1.試驗(yàn)方法
使用機(jī)械裝置慢速旋轉(zhuǎn)切取高純金屬錸樣品，并將其加工成碎屑，不加潤滑液，用丙酮進(jìn)行超聲波清洗，晾干。
稱取 0.10~0.30g樣品置于鎳籃-鎳囊中并封口，再裝入試樣孔中，按照儀器工作條件進(jìn)行測定。
2.結(jié)果與討論
2.1 助熔劑的選擇
高純金屬錸（熔點(diǎn)3180℃）屬于難熔金屬，為便于氧、氮的釋放和檢測，需要添加助熔劑使高純金屬錸形成低熔點(diǎn)合金。試驗(yàn)以高純金屬錸樣品1#、2#為研究對(duì)象，考察了不添加助熔劑（無浴）以及不同助熔劑（鎳囊、錫囊、鎳籃-錫囊、鎳籃-鎳囊）對(duì)樣品中氧、氮元素測定結(jié)果的影響，每個(gè)樣品平行制備8份，計(jì)算測定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），結(jié)果見表1。
由表1可知：在不添加助熔劑以及采用錫囊、鎳囊、鎳籃-錫囊作為助熔劑時(shí)，氧、氮釋放峰的峰形扁平，釋放強(qiáng)度低，測定值均偏低，且測定值的RSD均大于7.5%，精密度較差；采用鎳籃-鎳囊作為助熔劑時(shí)，氧、氮釋放峰的峰形平滑完整，釋放強(qiáng)度明顯提高，且測定值的 RSD 均小于7.0%。因此，試驗(yàn)選擇鎳籃-鎳囊作為助熔劑。
2.2 稱樣量的選擇
稱樣量是影響測定結(jié)果的重要因素之一，稱樣量過小不具備代表性，稱樣量過大會(huì)影響樣品的熔融效果。試驗(yàn)以高純金屬錸樣品1#、2#為研究對(duì)象，考察了不同稱樣量（0.01~0.03g，0.03~0.05g，0.05~0.10g，0.10~0.20g，0.20~0.30g，0.30~0.40g，0.40~0. 50g）對(duì)樣品中氧、氮元素測定結(jié)果的影響，每個(gè)樣品平行制備 8份，計(jì)算測定值的RSD，結(jié)果見表2。
結(jié)果表明：當(dāng)稱樣量小于0.10g 時(shí)，樣品熔體平展，測定結(jié)果相對(duì)較低，精密度較低；當(dāng)稱樣量為0.10~0.30g時(shí)，樣品熔融效果較好，熔體平展有光澤，測定結(jié)果相對(duì)穩(wěn)定，精密度較高；當(dāng)稱樣量大于0.30g時(shí)，樣品熔融后熔體有結(jié)塊，并且發(fā)生溢出噴濺，熔融效果較差，精密度也較低。因此，試驗(yàn)選擇的稱樣量為0.10~0.30g。
2.3 分析功率的選擇
試驗(yàn)以高純金屬錸樣品1#、2#為研究對(duì)象，考察了不同分析功率（3000，3250，3500，3750，4000，4250，4500，4750，5000W）對(duì)樣品中氧、氮元素測定結(jié)果的影響，結(jié)果見圖1。
由圖1可知：隨著分析功率的增加，測定結(jié)果先逐步增大后趨于穩(wěn)定；分析功率在4250~5000W時(shí)測定結(jié)果趨于穩(wěn)定，表明樣品中的氧、氮得到了完全釋放，但由于分析功率過高會(huì)導(dǎo)致樣品迸濺并且會(huì)對(duì)加熱爐壽命產(chǎn)生影響。因此，試驗(yàn)選擇的分析功率為4500W。
2.4 校準(zhǔn)曲線和檢出限
試驗(yàn)采用單點(diǎn)校準(zhǔn)法，以鋼標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中氧、氮含量水平盡量接近或略高于樣品中氧、氮含量水平為原則，分別選用鋼標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)502-704、502-884，以氧、氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，其對(duì)應(yīng)的積分強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制校準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明，氧元素的線性范圍在0.0430%以內(nèi)，線性回歸方程為 y=1.067x，氮元素的線性范圍在0.0043%以內(nèi)，線性回歸方程為y=1.032x；分別以鋼標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)502-855、502-712對(duì)氧、氮的校準(zhǔn)曲線進(jìn)行驗(yàn)證，氧的測定值為0.0120%，氮的測定值為0.0005%，均在認(rèn)定值的不確定度范圍內(nèi)。
氧、氮的空白值主要是由助熔劑、石墨坩堝、載氣等引起的。按照試驗(yàn)方法對(duì)鎳籃-鎳囊連續(xù)測定11次，質(zhì)量輸入為1.0000g，計(jì)算氧、氮的空白值及標(biāo)準(zhǔn)偏差s，以3倍和10倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算檢出限（3s）和測定下限（10s）。結(jié)果表明，氧、氮的檢出限為0.0005%，0.00005%，測定下限為0.0015%，0.00016%。
2.5 精密度試驗(yàn)
按照試驗(yàn)方法對(duì)高純金屬錸樣品 1#、2#分別平行制備8份并測定，計(jì)算測定值的RSD，結(jié)果見表3。
2.6 回收試驗(yàn)
在高純金屬錸樣品1#、2#中加入一定量的鋼標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)502-884、502-712并進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，計(jì)算回收率，結(jié)果見表4。
2.7 方法比對(duì)
分別采用本方法與惰氣熔融-氣相色譜法對(duì)高純金屬錸樣品1#、2#中氧、氮元素進(jìn)行測定，每個(gè)樣品平行制備8份，結(jié)果見表5。
由表5可知，本方法和惰氣熔融-氣相色譜法的測定值基本一致。由于高純金屬錸樣品1#中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.001%，高于有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T1018— 2015《錸粒》中的要求，說明該樣品不符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
3.試驗(yàn)結(jié)論
研究人員以鎳籃-鎳囊為助熔劑，采用惰氣熔融-紅外吸收/熱導(dǎo)法測定高純金屬錸中氧、氮元素的含量。該方法操作簡便，具有良好的準(zhǔn)確度和精密度，適用于分析高純金屬錸中氧、氮元素的含量。
作者：楊崢，王子豪，梁鈧，鄭松波，王桂軍
單位：1.中國航發(fā)北京航空材料研究院；
2. 航空材料檢測與評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；
3. 中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)材料檢測與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
來源：《理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)》2025年第1期
來源：理化檢驗(yàn)化學(xué)分冊(cè)
