ICP–AES法测定镍基高温合金中的铂

百检网 2022-10-17

镍基高温合金可用于制作航空发动机用涡轮叶片、导向叶片和其他重要零部件的生产,是航空工业中重要新材料。高温合金中铂含量的检测,目前国内外均未见到公布的执行标准。一般是针对粗铜、贵金属和催化剂中铂的检测方法[1–3]。高温合金的基体成分与铜、贵金属和催化剂等有着很大的差别,高温合金共存元素复杂,如果直接套用贵金属中铂的检测方法会给检测结果带来很大误差,因此,需要建立可靠的快速分析方法。

笔者对电感耦合等离子体发射光谱法(ICP–AES)测定高温合金中铂元素的分析方法进行研究。**,进行了样品溶解试验确定了样品溶解方法,通过光谱强度测定比较,*终确定了化学试剂的用量;通过单元素溶液在仪器上的谱线扫描、共同元素谱图叠加处理,确定了分析谱线;进行了基体、主量元素对铂元素的干扰试验,采用基体匹配法对基体干扰进行了校正。根据笔者建立的分析方法,对高温合金中铂元素进行了测定。结果表明,该方法准确可靠,简便快速,可以满足相关行业材料研制和生产测试要求。

1实验部分

1.1主要仪器与试剂

电感耦合等离子体发射光谱仪:JY170ULTRACE型,法国JOBINYVON公司;铂标准溶液A:1.00mg/mL,北京钢铁研究院研;铂标准溶液B:0.10mg/mL,分取20.00mL铂标准溶液A,置于200mL容量瓶中,补加盐酸15mL,硝酸5mL,用二次水稀释至标线,摇匀;铂标准溶液C:0.01mg/mL,分取20.00mL铂标准溶液B,置于200mL容量瓶中,补加盐酸15mL,硝酸5mL,用二次水稀释至标线,摇匀;镍底液:20.00mg/mL,称取10.000g金属镍(镍的质量分数不小于99.99%),置于500mL烧杯中,加入50mL硝酸,加热溶解,冷却,移入500mL容量瓶中(含硝酸30mL),用二次水稀释至刻度,摇匀;柠檬酸溶液:200g/L,称取200g柠檬酸置于400mL烧杯中,加入200mL水,搅拌至固体溶解,移入1000mL塑料容量瓶中,用二次水稀释至刻度,摇匀;实验用试剂均为优级纯;实验用水为二次蒸馏水。

1.2仪器工作条件

高频功率:1050W;雾化器压力:193kPa;入射狭缝:20μm;出射狭缝:15μm;冷却气流量:15L/min;护套气流量:0.2L/min;积分方式:一点式;检测波长:214.423nm。

1.3样品处理

称取0.5000g样品置于100mL聚四氟乙烯烧杯中,加入15mL盐酸,5mL硝酸,15滴HF,置于电炉上低温(~130V电压)加热溶解,待样品溶解完全后,稍冷,加入5.0mL柠檬酸(200g/L)吹水,在电炉上低温加热,冷却,移入50mL塑料容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,待测。

2结果与讨论

2.1基体与干扰试验

用钴(0.6~1.0mg/mL)、铬(0.8~1.3mg/mL)、钨(0.4~1.0mg/mL)、铝(0.4~1.0mg/mL)、钽(0.2~0.7mg/mL)、钼(0.02~0.3mg/mL)、铪(0.05~0.2mg/mL)、钛(0.02~0.2mg/mL)、铼(0.2~0.5mg/mL)、铌(0.02~0.5mg/mL)、钒(0.02~0.2mg/mL)、硼(1.0~10μg/mL)、锆(1.0~50μg/mL)、铁硅锰铜(5.0~50μg/mL)、镍(4.0~8.0mg/mL)、铂(0.5~20μg/mL)的测试溶液,盐酸、硝酸、氢氟酸及柠檬酸溶液,对5条铂分析线进行扫描试验,得到干扰元素及分析元素的光谱扫描图形,对谱图进行叠加放大处理,得出干扰情况:(1)214.423nm处,分析铂小于0.005%时需要考虑铝的背景干扰,钽的背景、谱线干扰,铪大于3.0%的峰干扰及铼大于5.0%的双峰干扰;镍元素随着含量的增高背景干扰增强,要考虑背景干扰。因此在考虑镍匹配,同时钽**匹配的情况下,此线可为分析线。(2)262.803nm处,铬有较弱的背景干扰,含量增高背景干扰增强,同时右侧有262.809nm的干扰峰;钴有较弱的背景干扰,含量增高背景干扰增强;钽、钼、铁、钒均有背景干扰;当铁、钒含量大于0.05%时要注意匹配,同时考虑峰的谱线干扰;镍存在背景干扰。综合考虑各元素干扰,此分析线不宜用作分析线。(3)273.396nm处,铬有较弱的背景干扰,含量增高背景干扰增强,存在峰干扰;镍、钽、钼、铼有较弱的背景干扰,含量增高背景干扰增强;分析铂小于0.005%时需要考虑钒峰干扰,铌有背景、右侧峰干扰;铁大于0.50%时要考虑峰干扰,元素含量增高背景干扰增强,分析铂小于0.005%时要考虑其背景干扰。(4)283.030nm处,铬、钽有背景干扰、严重双侧峰干扰;镍、钴、钨、铝、钼、铪、钛、铁、硅、锰、铜与铂283.030nm有重叠峰干扰;铌含量增高背景峰干扰增强。(5)292.975nm,铬有背景及重叠峰干扰;钽有右峰干扰;钼有背景干扰;铪有背景、峰干扰,且含量增高干扰增强;分析铂小于0.005%时考虑镍、钛、铼、硼、锆、铁、硅、锰、铜、铌、钒的背景干扰。由以上分析可知,选用铂214.423nm为分析线时,当钴小于1.0mg/mL,铬小于1.3mg/mL,钨铝小于1.0mg/mL,钽小于0.7mg/mL,铼铌小于0.5mg/mL,钼小于0.3mg/mL,铪钛钒小于0.2

mg/mL,锆、铁、硅、锰、铜小于50μg/mL,硼小于10μg/mL,样品溶解采用盐酸、硝酸、氢氟酸溶解镍匹配对大于0.05%铂元素的测量无影响,对含量在0.005%~0.05%铂元素的测量有影响,所以在实际分析中绘制工作曲线应尽量采用镍、钴、钽基底匹配。

2.2工作曲线对比试验

用表1中的第1类工作曲线标准溶液系列,按照1.2选定的仪器工作条件建立工作曲线,用该曲线测量第2类、第3类标准溶液系列中的铂元素,结果见表2。

由表2分析结果可知,用第1类镍打底标准溶液系列建立的工作曲线测量第2类“60%镍+12%钴+6%钽”、第3类“60%镍+10%钴+3%钽”不同钴、钽含量标准溶液系列中铂元素,当铂含量在0.005%~0.05%之间时测量值与加入值略有差别,随着钴、钽含量增高测定结果有偏高趋势;当铂含量在0.05%~0.20%之间时,测量值与加入值无显著性差异。因此在铂元素分析含量小于0.05%时工作曲线中镍、钴、钽应尽量匹配,而对于铂元素分析含量大于0.05%时工作曲线标准溶液系列中可以只进行镍基体匹配。

2.3线性方程与检出限

称取7份0.350g金属镍于100mL聚四氟乙烯烧杯中,加入15mL盐酸、5mL硝酸、15滴HF,置于电炉上低温(交流130V)加热溶解,冷却,移入50mL塑料容量瓶中,准确吸取0.01mg/mL铂标准溶液0.00,2.50,5.00mL及0.10mg/mL铂标准溶液2.50,5.00,10.00mL,制成系列标准工作溶液,在1.2仪器条件下进样测定。以质量浓度c(mg/L)为纵坐标,发射光谱强度y为横坐标绘制工作曲线并进行线性回归,得线性回归方程为c=0.00043y–6835,线性范围为0~20mg/L,相关系数r=0.99992,检出限[4]为0.0003%。

2.4精密度、准确度试验

选择多种镍基高温合金试样,按照1.2仪器工作条件测定其中的铂,并进行加标回收试验与精密度试验,结果列于表3。由表3可知,测量结果的相对标准偏差不大于6.55%,回收率在94%~105%之间,表明本方法的精密度和准确度较高。

2.5比对试验
对同批样品,钢铁研究总院采用电感耦合等离子体质谱(ICP–MS)法测定值为0.0066%,本法为0.0065%。结果表明,采用

本方法与ICP–MS法得到的分析结果基本一致。

3结论

(1)选择的分析谱线避开了绝大部分元素的干扰,通过基体及个别元素匹配的方式消除镍、钴、钽的干扰,选用的谱线具有较高的强度和稳定性。

(2)采用电感耦合等离子体原子发射法测定镍基合金中的铂元素,测量结果精密度准确度较高。该方法准确可靠,简便快速。

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