電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎳基高溫合金GH3128中鎢、鉬、鉻、鋯的含量

王巍

【摘要】GH3128樣品0.10g分別用鹽酸+硝酸低溫加熱溶解，觀察樣品的溶解情況。溶液冷卻后用水定容至100mL。采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測定所得溶液中鎢、鉬、鉻、鋯的含量，選擇的分析譜線分別為W207.912nm、Mo202.031nm、Cr284.325nm、Zr343.823nm，選擇了光譜儀工作參數(shù)等檢測條件。采用基體匹配法消除基體組分的影響制作工作曲線。各元素檢出限（3s）為W6.3、Mo5.6、Cr2.5、Zr1.9μg·L-1之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=10）在1.1%-3.1%之間。按上述方法分析GH3128標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，測定值與認(rèn)定值一致。

【關(guān)鍵詞】電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法;GH3128;鎳基高溫合金;鎢;鉬;鉻;鋯

1.引言

GH3128是固溶強(qiáng)化型鎳基高溫合金，具有塑性高、持久蠕變強(qiáng)度高及良好的抗氧化性和沖壓、焊接等性能。在航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可用于航空發(fā)動機(jī)的燃燒室火焰筒等高溫零部件的制造[1]。研究表明高溫合金中添加（10～15）%的鎢、鉬可很好的提高材料的耐高溫性能，加入適量的鋯能顯著提高合金的持久壽命，鉻起抗氧化、抗腐蝕作用[2]。目前測定高溫合金中鎢、鉬、鉻、鋯的含量測定主要有分光光度法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）和直讀光譜法等[3]。分光光度法分析過程復(fù)雜，耗費(fèi)時間長;直讀光譜法靈敏度低、檢出限高。而電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法具有線性范圍寬、基體效應(yīng)小、檢出限低、靈敏度高、快速簡便等特點(diǎn)，應(yīng)用更廣泛[4]。

通常ICP-AES法測定鎳基高溫合金試樣直接加入鹽酸和硝酸在低溫條件下反應(yīng)，反應(yīng)停止后加入氫氟酸溶解試樣。該處理方法在GH3128等高含量鎢、鉬的高溫合金上的使用效果較差，溶解所需時間長，且經(jīng)常存在試樣溶解不完全的情況。此外還可通過微波消解處理樣品，該方法處理效率高，但需要專門的微波消解設(shè)備，且存在一定的危險性。使用氫氟酸溶解樣品，ICP光譜儀需使用耐氫氟酸霧化系統(tǒng)。耐氫氟酸的進(jìn)樣系統(tǒng)霧化效率低，對高溫合金中微量元素的測定有一定的影響，且氫氟酸的使用會增加對人體的毒害。本文通過實(shí)驗(yàn)選擇了一個通過控制反應(yīng)溫度、酸加入的量和添加順序的樣品處理方法，無需添加氫氟酸且不需要其他設(shè)備即可完全處理樣品，消除了安全隱患，樣品處理所需的時間相比更少，準(zhǔn)確性高，顯著提高分析效率。

2.試驗(yàn)部分

2.1儀器與試劑

PE Avio 500型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀;MRTTLER AB204-L型電子天平;ELGA LA753型超純水機(jī);LabTech EG20A plus型電加熱板。

W、Mo、Cr、Zr標(biāo)準(zhǔn)溶液：1.000g·L-1。

硝酸、鹽酸、氫氟酸為優(yōu)級純，檸檬酸為分析純，高純鎳純度大于99.99%，氬氣純度大于99.999%，試驗(yàn)用水為超純水（電阻率大于18MΩ·cm）。

2.2 儀器工作條件

射頻發(fā)生器功率為1300W;霧化氣流量0.5 L·min-1，為輔助氣流量為0.3 L·min-1，等離子體氣流量為12L·min-1，蠕動泵進(jìn)樣量為1.50mL·min-1;觀測方向?yàn)樗?。

2.3 試驗(yàn)方法

稱取試樣0.1g置于200mL聚四氟乙烯燒杯中，加入20mL鹽酸，在電熱板上加熱反應(yīng)一段時間后滴加硝酸，待試樣完全溶解后加入2g檸檬酸，取下冷卻至室溫后轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，用水定容，搖勻，按儀器工作條件進(jìn)行測定。

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品溶解方式的選擇

樣品分別使用鹽酸+硝酸體系（方法一）和鹽酸+硝酸-氫氟酸體系（方法二）在不同溫度下進(jìn)行反應(yīng)，觀察樣品的溶解程度及樣品完全溶解所需要的時間。

方法一：樣品加入20mL鹽酸加熱2h，滴加數(shù)滴硝酸，待反應(yīng)停止后，重復(fù)滴加鹽酸→加熱→滴加硝酸的步驟，直至試樣完全溶解。

方法二：樣品加入20mL鹽酸和5mL的硝酸，加熱反應(yīng)停止后，加入1.5mL氫氟酸，低溫加熱至完全溶解。

根據(jù)表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，樣品在70℃加熱條件下使用鹽酸+硝酸體系（方法一）溶解完全所需要的時間最短，效率最高。

3.2 分析譜線的選擇

選擇待測元素譜線應(yīng)避免其他元素的光譜干擾、且足夠靈敏。鎳基高溫合金中存在基體鎳的干擾，GH3128中還存在高含量的W、Mo、Cr，譜線干擾多。按照樣品中存在的元素，配置一系列單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液、空白溶液，根據(jù)各待測元素的含量及性質(zhì)，在光譜儀譜線庫的推薦譜線中選擇各待測元素的分析譜線，篩選出信號強(qiáng)度大，峰型好，靈敏度高，干擾小的譜線作為分析譜線。通過對各元素光譜干擾的試驗(yàn)，選擇的各元素分析譜線為W207.912nm、Mo202.031nm、Cr284.325nm、Zr343.823nm。

3.3工作曲線及檢出限

稱取純鎳0.090g，按試驗(yàn)方法溶解，加入不同含量標(biāo)準(zhǔn)溶液后，定容至100mL，配置標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，見表2。

各元素的線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)見表3。

連續(xù)測定樣品空白溶液10次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法的檢出限（3s），結(jié)果見表3。

3.4精密度實(shí)驗(yàn)

選擇一個GH3128樣品，按試驗(yàn)方法單獨(dú)溶解10次后測定。根據(jù)測定結(jié)果計(jì)算得到鎢、鉬、鉻、鋯測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.1%，1.3%，3.1%，1.1%，表明方法的精密度高，滿足測定的需求。

3.5樣品分析

按試驗(yàn)方法對GH3128標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測定，結(jié)果見表4。

由表4結(jié)果可知，測定值與認(rèn)定值結(jié)果一致。

本工作采用分步加入鹽酸和硝酸低溫加熱溶解樣品，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎳基高溫合金GH3128中鎢、鉬、鉻、鋯的含量，并對GH3128標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行分析。方法快速、簡便、準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好，且樣品處理無需氫氟酸參與，降低對人體的毒害，能滿足實(shí)際工作中對元素含量測定的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]常連華.主要合金元素對鎳基合金組織和性能的影響[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2001，43（5）：275.320.

[2]張寶松，等.新型鎳基高溫合金化學(xué)成分分析技術(shù)研究[J].材料工程，1996，2：34-39.

[3]朱天一，等.微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定DD6單晶合金中鋁、鉻、鈷[J].化學(xué)分析計(jì)量，2020，29（2）：87-90.

[4]歐陽文穎.ICP-AES法測定鉻鎳不銹鋼中錳、鉻、鎳、硅、磷、銅、鉬的含量[J].廣東化工，2019，46（12）：154，157-158.