火花源發(fā)射光譜法測定H62銅合金中銅含量

王　聰，張　博

(西安黃河機電有限公司，陜西　西安　710043)

?

火花源發(fā)射光譜法測定H62銅合金中銅含量

王聰，張博

(西安黃河機電有限公司，陜西西安710043)

摘要：理論分析了銅合金中銅含量與銅合金(H62)中銅和鋅光強比之間的關(guān)系。建立了火花源原子發(fā)射光譜測定銅合金(H62)中銅元素含量的方法，建立了銅含量測試工作曲線，線性相關(guān)系數(shù)為0.9875精密度測試RSD為0.13。對5個未知樣品進行了測試，結(jié)果與碘量法分析結(jié)果一致。

關(guān)鍵詞：火花源發(fā)射光譜法；H62銅合金；銅

H62黃銅具有一定的抗拉強度、良好的塑性和耐磨性，較低的摩擦系數(shù)，較佳的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。適宜制造滾動軸承保持架，此外廣泛用于制造電器零件[1]。H62黃銅是銅鋅二元合金，與其他金屬材料不同，其他金屬材料國標(biāo)成分檢測項目中都只有合金元素的含量檢測，基體含量作為余量不做檢測。銅合金則專門對基體銅的含量進行了明確的規(guī)定[2]。而銅含量也成為了H62這種二元合金中非常重要的驗收依據(jù)。銅合金中銅含量的測定分析方法有電解重量法[3]和滴定法[4]。電解重量法分析每個樣品需20 h，滴定法分析每個樣品需要40 min。

火花源發(fā)射光譜法不需要使用酸進行樣品的溶解，分析耗時短，測試一個樣品從制取樣品到分析完成僅需5～10 min。但對于基于傳統(tǒng)理論基礎(chǔ)的火花源發(fā)射光譜儀，其分析方法中核心思路是待測元素光強與基體元素光強之比同待測元素含量成一次或二次相關(guān)關(guān)系。這其中基體元素由于含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過待測元素含量所以基體元素光強被認(rèn)定為常數(shù)。但對于銅合金中銅元素其含量已經(jīng)超過50 %，因此無法用傳統(tǒng)方法在火花源發(fā)射光譜儀上測試。本文通過理論推導(dǎo)及試驗，確定了H62銅合金中銅與鋅的光強比值同銅含量之間的線性關(guān)系。銅元素和鋅元素發(fā)射光強均無法視為常數(shù)，使用其比值與銅含量之間呈現(xiàn)出的線性關(guān)系測試了銅含量。

1理論分析

H62銅合金是銅鋅合金，Cu質(zhì)量百分含量為60.5 %～63.5 %。除少量的雜質(zhì)外其余量為鋅，鋅作為余量含量穩(wěn)定、波動小、大量存在，總量按照100 %計算。此時含量比與銅含量的關(guān)系如表1所示，以Cu / Zn為橫坐標(biāo)、Cu含量為縱坐標(biāo)作圖，如圖1。

表1　不同銅鋅比時的銅含量

圖1　不同銅鋅比時的銅含量

由圖可知銅鋅比與銅含量呈現(xiàn)線性關(guān)系，通過線性擬合得：

(1)

式中：CCu為銅百分含量，CZn為鋅百分含量。

因此銅鋅比與銅含量的關(guān)系可用式(2)表示：

(2)

式中：k1、k2為常數(shù)系數(shù)。

根據(jù)賽伯-羅馬金式[5]式(3)可導(dǎo)出式(4)式(5)：

I=a×Cb

(3)

式中：I為元素發(fā)射光強，a為激發(fā)狀態(tài)系數(shù)，C為元素含量，b為自吸系數(shù)。

(4)

(5)

自吸系數(shù)b當(dāng)元素濃度低時可近似取值為1，火花發(fā)射由于單點激發(fā)樣品量少因此自吸系數(shù)可近似取值為1，因此式(5)可簡化合并為式(6)。

(6)

將式(6)代入式(2)可得式(7)：

(7)

CCu=A×IR+B

(8)

式8表明當(dāng)光譜儀器測試穩(wěn)定，光譜自吸效應(yīng)弱，檢測器符合線性范圍的情況下銅含量和銅與鋅的光強比呈線性關(guān)系。即通過測試銅與鋅的光強比可以通過計算獲得銅含量。

2實驗部分

2.1儀器及試劑

火花源光電直讀原子發(fā)射光譜儀Q8 Megellan(德國布魯克公司)；分析天平AG285(瑞士梅特勒)；臺式車床CQ6128A型(臨沂金星機床有限公司)

H62標(biāo)樣(Cu61.04 %，洛陽銅加工廠)，二次去離子水(西安東冠蒸餾水廠)，硝酸(優(yōu)級純，西安化學(xué)試劑廠)，氨水(分析純，西安三浦精細(xì)化工廠)，冰乙酸(分析純，天津市化學(xué)試劑三廠)，硫氰酸銨(分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司)，可溶性淀粉(分析純，成都金山化工試劑廠)，氟化氫銨(分析純，西安化學(xué)試劑廠)，碘化鉀(分析純，天津市博迪化工有限公司)，硫代硫酸鈉(分析純，西安化學(xué)試劑廠)

2.2樣品處理

選取均勻性通過GB / T15000.3—2008[6]檢驗滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，尺寸為Ф40～Ф50 mm，厚度不小于5 mm[7]的銅合金試樣在專用車床上進行加工，加工表面平整，表面粗糙度不低于Ra3.2 μm[8]。無氧化、氣孔、油污等缺陷及污染[9]。

2.3銅含量的滴定分析

稱取試樣0.1 g，加入5 ml硝酸加熱溶解至銅合金完全溶解，蒸發(fā)多余硝酸至體積剩余1 ml，冷卻后加入蒸餾水使總體積控制在90～100 ml。滴加氨水至剛有沉淀出現(xiàn)，滴加乙酸至沉淀溶解并過量5滴，加入20 ml 15 %氟化氫銨溶液和10 mL15 %碘化鉀溶液，使用0.1 mol / L硫代硫酸鈉溶液滴定至計算終點前3 ml加入5 ml指示劑(含有硫氰酸銨100 g / L，淀粉10 g / L)。繼續(xù)滴定至終點藍(lán)色消失，記錄消耗硫代硫酸鈉體積計算銅合金中銅含量并記錄結(jié)果。

2.4火花源發(fā)射光譜儀測試

2.4.1儀器設(shè)置參數(shù)

氬氣壓力0.35 MPa，極間距4 mm，電極頂角90°，光室恒溫溫度30 ℃。氬氣吹掃10.0 s、預(yù)燃時序電流curv22 ，頻率200 Hz ，時間15.0 s、積分時序curv41 ，頻率100 Hz ，時間5.0 s。

2.4.2分析線對的選擇

參比通道選擇Zn206.256 9 nm。由于儀器出廠硬件配置沒有鋅基體，選擇測試用Zn206.256 9 nm為參比通道。

銅測試通道選擇用2.4.1參數(shù)下，銅合金激發(fā)測得銅元素光強與基體元素Zn206.256 9 nm所測得光強接近的Cu296.202 5 nm，以保證測試的光強在光電倍增管測光相同線性范圍。

2.4.3樣品測試

打開電源及測試軟件，根據(jù)2.4.1及2.4.2中參數(shù)設(shè)置儀器。儀器預(yù)熱20 min后開始測試，進入測試程序，根據(jù)提示步驟將待測試樣品放置于測試孔上。檢查儀器狀態(tài)欄正常后按測試按鈕進行，程序會自動按照預(yù)設(shè)參數(shù)進行測試并顯示測試結(jié)果。

3結(jié)果與討論

3.1標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

3.1.1曲線標(biāo)樣

選擇的5塊用于繪制測試曲線的標(biāo)樣編號及化學(xué)分析值見表2。

表2　曲線標(biāo)樣銅含量

在選定的測試條件下，在軟件中曲線繪制程序下對曲線標(biāo)樣進行激發(fā)測試得出結(jié)果繪制測試曲線。每塊試樣測試不少于5次，剔除異常結(jié)果后，有效結(jié)果不少于3組。最終得到Cu元素與Zn元素的光強比和Cu元素含量比之間的關(guān)系如圖2。

圖2　銅工作曲線圖

圖2中曲線通過計算機自動擬合，擬合式為式9，曲線擬合R2=0.987 5擬合較好，可以滿足日常分析測試要求，因此確認(rèn)了銅鋅光強比與銅含量稱線性關(guān)系：

CCu=0.001 4×(IR)+28.049

(9)

3.2精密度

按照本法確定的分析參數(shù)，選取 2 個樣品作精密度試驗，其結(jié)果如表3所列。由表3可見，本法具有良好的精密度。

表3　方法精密度

4樣品分析

使用預(yù)設(shè)參數(shù)和建立的曲線對5個未知H62銅合金樣品進行了Cu含量的測試，并與滴定分析測試數(shù)據(jù)進行對比。測試的結(jié)果如表3。結(jié)果表明新建立的直讀光譜測試方法與滴定分析測定結(jié)果吻合，方法準(zhǔn)確性符合標(biāo)準(zhǔn)[10]要求。

表4　測試數(shù)據(jù)對比表

5結(jié)論

本文通過理論推導(dǎo)出H62銅合金中銅鋅元素光強比與銅元素含量之間的關(guān)系。在Q8型火花源光電直讀原子發(fā)射光譜儀上建立測試方法，繪制測試曲線對H62銅合金中銅元素含量進行了測定，結(jié)果符合測試要求。

參考文獻【REFERENCES】

[1]《機械工程材料性能數(shù)據(jù)手冊》編委會.機械工程材料性能數(shù)據(jù)手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994：819.

The book editorial board.Handbook of mechanical engineering materials performance data[M].Beijing：China Machine Press，1994：819.

[2]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.加工銅及銅合金牌號和化學(xué)成分：GB / T 5231—2012[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

Standardization Administration of the People’s Republic of China.Designation and chemical composition of wrought copper and copper alloys：GB / T 5231—2012[S].Beijing：Standards Press of China，2012.

[3]山東機械工業(yè)理化檢測協(xié)會.工廠常用材料化學(xué)分析操作手冊[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000：373—375.

Shandong mechanical industry physical and chemical detection Association.Operating manual for chemical analysis of mate—rials used in factory[M]. Beijing：Standards Press of China，2000：373—375.

[4]梅恒星，李耀群.銅加工產(chǎn)品性能檢測技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008：25—26.

MEI H X，LI Y Q.Performance testing technology for copper processing products[M].Beijing：Metallurgical Industry Press，2008：25—26.

[5]張和根，葉反修.光電直讀光譜儀技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011：193.

ZHANG H G，YE F X.Spark AES spectrometer technology[M].Beijing：Metallurgical Industry Press，2011：193.

[6]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.標(biāo)準(zhǔn)樣品定值的一般原則和統(tǒng)計方法：GB / T 15000.3—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

Standardization Administration of the People’s Republic of China.Directives for the work of reference materials.Reference materials.General and statistical principles for certification：GB / T 15000.3—2008[S].Beijing：Standards Press of China，2008.

[7]高宏斌.火花源原子發(fā)射光譜技術(shù)[M].北京：中國質(zhì)檢出版社，2012：113.

[GAO H B.Spark source atomic emission spectrometer technology[M].Beijing： China Zhi Jian Publishing House，2012：113.

[8]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.表現(xiàn)粗糙度參數(shù)及其數(shù)值：GB / T 1031—2009[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

Standardization Administration of the People’s Republic of China.Geometrical product specifications(GPS).Surface texture：Profile method.Surface roughness parameters and their values：GB / T 1031—2009[S].Beijing：Standards Press of China，2009.

[9]丁愛梅.火花源原子發(fā)射光譜法測定熱鍍鋁銻鋅合金中主次成分[J].冶金分析，2014，34(6)：28—32.

DING A M.Determination of major and minor components in hot dip aluminized—antimony—zinc alloy by spark source atomic emission spectrometry[J].Metallurgical Analysis ，2014，34(6)：28—32.

[10]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.光電直讀原子發(fā)射光譜分析方法測定元素含量：GB / T 13748.21—2009[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

Standardization Administration of the People’s Republic of China.Chemical analysis methods of magnesium and magnesium alloys.Part 21：Determination of elements by photoelectric direct reading atomic emission spectrometry：GB / T 13748.21—2009[S].Beijing：Standards Press of China，2009.

投稿日期：2015-12-24；修回日期：2016-01-14

Determination of copper in H62 copper alloy by using spark source atomic emission spectrometer

WANG Cong，ZHANG Bo

(XianHuangheMechanicalandElectricalCo.，Ltd，Xi’an710043，China)

Abstract：Analysis of the relations between copper content and intensity ratio of copper and zinc.A method for determination of the copper in H62 copper alloy by using spark source atomic emission spectrometer is used.The linear correlation coefficient of copper calibration curve is 0.9875 and RSD is 0.13.The determination of results on five unknown samples is consistent with those obtained.

Keywords：spark source atomic emission spectrometer；H62 copper alloy；copper

中圖分類號：O 657.3

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1003—6563(2016)02—0086—04

作者簡介：王聰(1987-)，男，本科，助理工程師，主要從事金屬材料分析。