化學(xué)法快速測(cè)定鐵基非晶合金中硼含量的試樣分解方法研究

趙亞玲 崔玉旺 王海祥 付忠良 成閏閣 王海英

(冶科金屬有限公司中心實(shí)驗(yàn)室， 三河市 065201)

非晶合金是一種無(wú)序原子結(jié)構(gòu)的合金，代表了冶金學(xué)中最新的材料，由于它具有較高的最大磁導(dǎo)率和很低的磁滯損耗等許多獨(dú)特的性能，被廣泛用于電力、電子、航空、機(jī)械等眾多領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用空間。鐵基非晶合金中硼是重要元素，硼的準(zhǔn)確快速測(cè)定對(duì)于鐵基非晶合金生產(chǎn)具有重要的意義。常規(guī)的化學(xué)分析法采用堿熔融分解難熔的非晶合金試樣測(cè)定其中的硼，但在長(zhǎng)期的實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)700℃熔融過(guò)程難以人為控制，高溫時(shí)熔融的過(guò)氧化鈉對(duì)鐵坩堝的腐蝕和熔劑本身離子和其中的雜質(zhì)帶入使試樣受到污染，另外在495℃以上過(guò)氧化鈉熔融放出氧引起飛濺，這些都造成檢測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)，爐子升溫、熔融后熔塊的加熱浸出造成試樣分解總時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，滿足不了實(shí)際生產(chǎn)的快速、準(zhǔn)確要求。為此筆者對(duì)制約整個(gè)檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)——試樣分解進(jìn)行了研究試驗(yàn)，根據(jù)過(guò)氧化氫的強(qiáng)氧化性能以及它的氧化能力隨酸度提高而增強(qiáng)的特性，利用非晶合金基體中鐵(Ⅱ)在過(guò)氧化氫氧化過(guò)程的催化作用，規(guī)避在30%過(guò)氧化氫條件下稀硫酸冒煙溫度超過(guò)200℃時(shí)硼的損失。通過(guò)試驗(yàn)確定了用濃過(guò)氧化氫與濃鹽酸分解試樣的方法，獲得了最簡(jiǎn)單的試樣溶解方式。該方法與熔融法相比檢測(cè)時(shí)間節(jié)省40%，工作效率提高100%，檢測(cè)成本節(jié)省69%。該法測(cè)定結(jié)果與ICP-AES法測(cè)定結(jié)果相一致。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

過(guò)氧化氫溶液：30%；

鹽酸：密度約為1.19 g/mL；

氫氧化鈉溶液：200 g/L；

對(duì)硝基酚溶液：10 g/L；

氫氧化鈉溶液：4 g/L；

酚酞溶液：5 g/L；

氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.05 mol/L；

實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)樣品制備

試樣采用現(xiàn)行生產(chǎn)中鐵基非晶合金的各種化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝，用真空感應(yīng)爐專門熔煉、嚴(yán)格處理的3種粉末狀樣品。經(jīng)國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心采用ICP-AES法定值：1#樣品wB= 1.45%； 2#樣品wB= 1.86%； 3#樣品wB= 2.16%。

(2)樣品溶解

將0.500 0 g試樣置于500 mL三角瓶中，加15 mL 30% H2O2(夏季20～25 mL)、10 mL鹽酸，加入鹽酸后反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)結(jié)束后再加入5 mL鹽酸，煮沸3 min，取下，冷卻。

(3)試液分離

將試液移入250 mL容量瓶中，加水約180 mL，在不斷搖動(dòng)下，加入200 g/L的氫氧化鈉溶液至氫氧化物沉淀開始生成后再過(guò)量15 mL，冷卻至室溫，用水稀釋至刻度，搖勻。移入300 mL干塑料燒杯中，待沉淀后，用中速濾紙干過(guò)濾于100 mL容量瓶中，滿刻度后，濾液倒入300 mL錐形瓶中，加入3滴對(duì)硝基酚溶液，用鹽酸溶液(1+1)中和至黃色消失，并過(guò)量1～2滴。煮沸除去二氧化碳，試液濃縮至80～100 mL。

(4)滴定

將試液用流水冷卻至室溫，用4 g/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)試液至剛出現(xiàn)淺黃色，加入6 g甘露醇，振蕩，加入5～6滴酚酞溶液，用約0.05 mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至呈現(xiàn)粉紅色，再加1 g甘露醇，若粉紅色消失，繼續(xù)滴定，直至紅色不消失為終點(diǎn)。

(5)結(jié)果計(jì)算

鐵基非晶合金中硼的含量按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：wB——硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

c——?dú)溲趸c標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量濃度，mol/L；

V——試液總體積，mL；

V2——滴定試液所消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

V1——分取試液體積，mL；

m——試樣量，g；

0.010 81——與1.00 mL氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液相當(dāng)?shù)呐鸬馁|(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶劑的選擇及濃度的確定

鐵基非晶合金屬于難溶合金，合金中的硼除氫氟酸+酸、氫氟酸+混酸之外很難被其它酸+酸、其它酸+混酸溶解，氫氟酸不僅溶解試樣中的硼也將玻璃器皿的硼溶解下來(lái)，并且 F 與B生成BF3而揮發(fā)，使硼損失無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定。根據(jù)硼、過(guò)氧化氫、鹽酸的特性，選擇了過(guò)氧化氫與鹽酸作溶劑，將不同濃度配比的過(guò)氧化氫、鹽酸分別加入，試樣溶解不明顯，繼續(xù)以滴加加入方式進(jìn)行追加，溶解仍不明顯；當(dāng)選擇濃過(guò)氧化氫、濃鹽酸兩種試劑以一定體積分別加入后與粉末試樣氧化反應(yīng)十分猛烈，溶液沸騰，充分利用了鹽酸的酸度、鐵離子的催化作用，試樣中硼全部溶解，同時(shí)單純的溶液沸騰幾乎能完全破壞試樣分解后留在溶液里剩余的過(guò)氧化氫，最后的殘留通過(guò)加鹽酸、加熱至冒煙除去。試樣溶解后溶液中有少許黑色不溶物，通過(guò)以下試驗(yàn)確定為元素鈮。

2.2 確定試驗(yàn)

(1)試樣分解后溶液中有少許黑色不溶物，通過(guò)采用同基體不含鈮的試樣進(jìn)行溶解試驗(yàn)，則溶液中沒(méi)有黑色不溶物，因此黑色不溶物確定為元素鈮。

(2)鐵基非晶合金試樣中的硼能被濃鹽酸、30%H2O2全部溶解，用該方法對(duì)2#樣品(硼含量為1.86%)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果分別為1.86%、1.87%、1.85%、1.86%、1.87%、1.85%，證明硼被全部溶解。

(3)少許黑色不溶物元素鈮不干擾測(cè)定。

2.3 干擾試驗(yàn)

實(shí)際生產(chǎn)中鐵基非晶合金中存在含量0.5%以下的雜質(zhì)元素Mn、Al，因此以0.5%為上限做干擾試驗(yàn)。

試驗(yàn)采用2#樣品 ，配制Mn、Al標(biāo)準(zhǔn)溶液1 g /L(1 mL相當(dāng)于0.2%的Mn、Al)，分別加入試樣溶液中進(jìn)行干擾試驗(yàn)。結(jié)果列于表1。

表1 Mn、Al干擾試驗(yàn)結(jié)果

由此可見(jiàn)，Mn、Al的含量在小于0.50 %的范圍內(nèi)干擾很小。鐵基非晶合金中的共存元素Cu、Si、Nb不干擾測(cè)定，F(xiàn)e、Cr、Ni采用NaOH沉淀分離后，不干擾測(cè)定。

2.4 樣品分析

用本方法對(duì)1#、2#、3#樣品進(jìn)行測(cè)定，其測(cè)定值以及測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差列于表2。由表2可知，本法測(cè)定測(cè)定結(jié)果與認(rèn)定值相符，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1.5%，說(shuō)明該方法準(zhǔn)確、可靠，重復(fù)性好。

表2 樣品測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)論

(1)采用化學(xué)法測(cè)定鐵基非晶合金中的硼元素，試樣的分解對(duì)整個(gè)分析過(guò)程和結(jié)果有很大影響，選擇H2O2(體積分?jǐn)?shù)30%)、濃鹽酸分解難溶鐵基非晶合金試樣，實(shí)現(xiàn)了最簡(jiǎn)單試樣“濕法”溶解方式。

(2)該方法使用的試劑簡(jiǎn)單，對(duì)測(cè)定設(shè)備及環(huán)境要求不高，檢測(cè)成本低，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，適合于無(wú)大型檢測(cè)儀器的生產(chǎn)型企業(yè)常規(guī)快速分析。

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