趙 飛,楊軍紅,翟通德
(西部金屬材料股份有限公司,陜西寶雞 721014)
脈沖加熱—熱導(dǎo)法測(cè)定鈮鋯絲中氫含量
趙 飛,楊軍紅,翟通德
(西部金屬材料股份有限公司,陜西寶雞 721014)
介紹了使用LECO RH-404氫測(cè)定儀進(jìn)行鈮鋯絲中氫含量的測(cè)定。通過(guò)不同分析功率下鋼標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、鈦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和鈮鋯絲試樣的釋放情況比對(duì),確定了鈦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)適用于校準(zhǔn)儀器進(jìn)行鈮鋯絲中氫含量的測(cè)定,并通過(guò)分析比對(duì)選定了最佳分析功率。對(duì)錫囊助熔法和錫片熔浴法進(jìn)行比較,兩者均可用于鈮鋯絲中氫含量的測(cè)定,試驗(yàn)中選擇操作方便、空白較低且穩(wěn)定的錫片作為助熔劑。通過(guò)精密度和加標(biāo)回收試驗(yàn),驗(yàn)證了該方法的精密度和準(zhǔn)確度。
鈮鋯絲;脈沖加熱;熱導(dǎo)法;氫
鈮鋯絲具有熔點(diǎn)高、很高的高溫比強(qiáng)度、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),主要用于航空航天、原子能反應(yīng)堆、新型電光源鈉燈以及其它應(yīng)用領(lǐng)域[1]。鈮鋯絲是制作高壓鈉燈關(guān)鍵元器件的主要材料[2]。鈮中加入鋯后可提高合金的強(qiáng)度而不影響合金的塑性和加工性能,鋯還可以改善合金的抗氧化性和抗堿金屬腐蝕性能[3]。隨著鈮鋯合金的應(yīng)用越來(lái)越廣,鈮鋯合金中元素含量直接影響合金材料的性能。一般情況下,進(jìn)入金屬中的氫是有害的,主要表現(xiàn)為金屬材料的力學(xué)性能發(fā)生變化,氫通過(guò)軟化或硬化機(jī)制改變材料的強(qiáng)度,使金屬塑性降低,誘發(fā)萌生裂紋,最后導(dǎo)致斷裂、滯后破壞、塑性—脆性轉(zhuǎn)變和低溫脆性斷裂等。因此,金屬及其合金中氫元素的測(cè)定越來(lái)越得到人們的重視[4,5]。
金屬材料中氫含量的測(cè)定,目前行業(yè)內(nèi)應(yīng)用最廣的檢測(cè)方法是脈沖加熱,惰氣熔融,熱導(dǎo)或紅外法檢測(cè)[6~8],該方法分析速度快(單個(gè)試樣分析時(shí)間約3 min),分析精度高(可達(dá)0.1μg/g),操作簡(jiǎn)便。
1.1 儀器與試劑
氫分析儀:美國(guó)LECO公司RH—404氫測(cè)定儀,測(cè)量精度0.1μg/g或2%氫含量(1 g試樣),檢測(cè)下限0.2μg/g,該儀器由脈沖電極爐、分析天平、熱導(dǎo)檢測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。
標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):鋼標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)LECO 501-529,(5.6± 0.7)μg/g;鈦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)LECO 502-024,(22.8± 3.8)μg/g。
錫助熔劑:錫囊w(H)≤0.000 1%;氣體分析用錫片(Φ8 mm×1 mm)w(H)≤0.000 1%。
石墨坩堝:光譜純高溫石墨坩堝。載氣:氬氣,純度為99.995%。丙酮:分析純。
試樣:NbZr10試樣,Φ1.0 mm。
1.2 試樣處理
鈮鋯絲試樣,剪取至適用規(guī)格,用丙酮洗干凈,晾干后于1 h內(nèi)檢測(cè)。
1.3 試驗(yàn)方法
儀器開(kāi)機(jī)預(yù)熱至穩(wěn)定狀態(tài)。取鈮鋯絲試樣,在氬氣保護(hù)下,投入經(jīng)脫氣后的熾熱石墨坩堝。樣品中氫和氮以H2和N2形式釋放,經(jīng)色譜柱分離后,H2隨同氬氣進(jìn)入熱導(dǎo)檢測(cè)器,由熱導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)后,計(jì)算機(jī)直接換算成氫含量。
2.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及分析功率的選擇
由于無(wú)鈮鋯合金氫含量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),試驗(yàn)選用鋼標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)LECO 501-529,(5.6±0.7)μg/g,鈦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)LECO 502-024,(22.8±3.8)μg/g,均勻鈮鋯絲試樣于不同分析功率下進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 三種物質(zhì)不同分析功率的氫分析結(jié)果μg/g
表1數(shù)據(jù)表明:隨著分析功率的增加,鋼對(duì)氫有少量的吸收,鋼中氫的測(cè)定值會(huì)降低,鈮鋯合金中氫的釋放與鈦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)釋放情況類(lèi)似,在2 500~4 500W分析功率范圍內(nèi)比較穩(wěn)定。由于低功率時(shí)熔融的試樣流動(dòng)性較差,氫的釋放不好,功率高時(shí)能耗和儀器的損耗增加,因此,試驗(yàn)選擇鈦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)儀器,選擇分析功率為3 500 W。
2.2 熔浴法與助熔法對(duì)比
錫助熔劑可降低試樣金屬共熔點(diǎn),保證熔體較好的流動(dòng)性,降低金屬活度從而降低金屬蒸汽壓,有助試樣中氫的充分提取。試驗(yàn)選擇分析功率為3 500 W,選擇助熔劑質(zhì)量為0.50 g,分別使用錫片熔浴法和錫囊包裹助熔法,對(duì)鈮鋯絲試樣中氫含量進(jìn)行檢測(cè),其分析結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 錫片與錫囊對(duì)比
使用鈦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)儀器,熔浴法比助熔法校正系數(shù)高,但使用這兩種助熔方法測(cè)定鈮鋯合金中氫的含量一致。由于助熔法使用錫囊包裹試樣與試樣一同掉落,錫囊的空白值對(duì)試樣氫測(cè)定有較大影響,而熔浴法使用的錫片在坩堝中預(yù)脫氣除去了錫片中的氫,空白值很低相對(duì)穩(wěn)定且添加方便,因此試驗(yàn)使用錫片以熔浴法測(cè)定氫含量。
2.3 空白試驗(yàn)
試驗(yàn)選擇0.50 g錫片作為助熔劑,采用熔浴法進(jìn)行空白試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 空白試驗(yàn)
載氣在入口處已經(jīng)過(guò)凈化裝置處理,除去了載氣中的水分,石墨坩堝和錫片助熔劑在試樣投放前已經(jīng)過(guò)高溫脫氣除去了水分和氫,因此,空白值低且穩(wěn)定。
2.4 稱樣量試驗(yàn)
選擇分析功率為3 500 W,進(jìn)行稱樣量試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表4。
結(jié)果表明,試樣質(zhì)量在0.070~0.160 g之間時(shí),氫含量的測(cè)定結(jié)果接近且RSD較小,試驗(yàn)選擇試樣質(zhì)量為0.10 g。
2.5 精密度試驗(yàn)
對(duì)兩組均勻鈮鋯絲試樣分別分析9次,其分析結(jié)果見(jiàn)表5。
表4 不同樣品質(zhì)量對(duì)氫測(cè)定結(jié)果的影響
表5 精密度試驗(yàn)
由表5數(shù)據(jù)可以看出,試樣a 9次分析結(jié)果的RSD為3.03%,試樣b 9次分析結(jié)果的RSD為0.59%,試驗(yàn)方法精密度良好。
2.6 加標(biāo)回收試驗(yàn)
準(zhǔn)確稱取均勻鈮鋯試樣0.100 g和鈦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)LECO 502-024各5份,鈮鋯試樣與鈦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)各取一份同時(shí)加入落樣器中,進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn),分析結(jié)果見(jiàn)表6。
表6 加標(biāo)回收試驗(yàn)
該方法標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的加標(biāo)回收率在95.2%~103.6%之間,回收率良好,可以準(zhǔn)確測(cè)定鈮鋯絲中氫含量。
該試驗(yàn)選定了鈮鋯絲中氫含量測(cè)定的助熔劑、分析功率,試樣質(zhì)量,驗(yàn)證了鈦標(biāo)準(zhǔn)樣品可用于熱導(dǎo)法測(cè)定鈮鋯絲中氫含量的校準(zhǔn)。該方法精密度良好,可準(zhǔn)確測(cè)定鈮鋯絲中氫含量。
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Determ ination of Hydrogen Content in Niobium-zirconium W ire by Pulse Heating and Thermal Conductivity Method
ZHAO Fei,YANG Jun-hong,ZHAITong-de
(Western MetalMeterials Co.,Ltd.,Baoji721014,China)
In this experiment,the content of hydrogen in niobium-zirconium wire was determined by RH-404 LECO hydrogen analyzer.Through the analysis of different power steel certified reference material,titanium standard substance and niobium-zirconium wire specimen release ratio to determine the titanium standard material applicable to the calibration instrument for determination of the content of hydrogen in niobium-zirconium wires,and through the analysis and comparison,selected the best power analysis.Experimentalmethod for tin and tin capsules are compared to the experimental,both for the determination of hydrogen content in niobium-zirconium wire.The selection operation is convenient,the blank is low and stable piece of tin as a flux.The precision and accuracy of the method were verified by the precision and recovery experiment.
niobium-zirconium wire;pulse heating;thermal conductivity;hydrogen
TG115.25
A
1003-5540(2016)05-0075-03
2016-08-02
趙 飛(1983-),男,工程師,主要從事金屬材料成分檢測(cè)工作。