電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鋁鋯合金中鋯鉿元素

段　雙，朱　智，金小成，高　鵬

(沈陽(yáng)鑄造研究所，沈陽(yáng) 110022 )

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電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鋁鋯合金中鋯鉿元素

段雙，朱智，金小成，高鵬

(沈陽(yáng)鑄造研究所，沈陽(yáng) 110022 )

摘要：采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定鋁鋯合金中鋯和鉿元素，研究這兩種元素的溶樣方法、分析線的選擇及干擾的消除，并對(duì)分析條件進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)準(zhǔn)確度和精密度試驗(yàn)，驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性和可靠性。

關(guān)鍵詞：電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜；鋁鋯合金；鋯；鉿

鋁合金是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域中已大量應(yīng)用[1]。隨著近年來(lái)科學(xué)技術(shù)及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)鋁合金的各項(xiàng)性能要求也越來(lái)越高，在鋁合金中加入鋯可以改善其熱性能，鋯也可降低鋁合金的結(jié)晶溫度，可使鋁合金強(qiáng)度提高[2-3]。鋯具有密度低、耐腐蝕、加工性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn),添加鋯可以使鋁合金的晶粒細(xì)化[4]。鋁鋯合金作為添加合金組分的重要原料，鋯(及鉿)的含量也決定鋁鋯合金產(chǎn)品的質(zhì)量和用途，因而在生產(chǎn)使用過(guò)程中準(zhǔn)確快速的測(cè)定鋯(及鉿)的含量具有重要意義[5]。鋯的測(cè)定多采用絡(luò)合滴定法[6]，該方法較繁瑣、用時(shí)長(zhǎng)。本文采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法[7-10]直接測(cè)定鋁鋯合金中的鋯和鉿，對(duì)溶樣方法、工作條件的選取、分析線的選擇及干擾的消除進(jìn)行了研究，結(jié)果令人滿意。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

美國(guó)利曼公司 PRODIGY型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀；HCl (ρ1.10g/mL)； HCl(1+1)； HNO3(ρ1.42g/mL)；H2O2(ρ1.10g/mL)；王水(HCl∶HNO3=3∶1)；高純鋁：鋁大于99.999%；鋯、鉿、鋁的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：1.000mg/mL。

鉿(0.100mg/mL)：將50.00mL鉿標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1.000mg/mL)移入500mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至500mL，混勻，此溶液為鉿(0.100mg/mL)。

1.2儀器工作條件

觀測(cè)方式：垂直；發(fā)生器功率：1.2kW。

冷卻氣流量：20L/min；輔助氣流量：0L/min；霧化器流量：1.2L/min。

蠕動(dòng)泵速：1.40mL/min；積分時(shí)間：10s；積分次數(shù)：3。

氬氣純度：氬氣的體積分?jǐn)?shù)大于99.999%。

1.3試驗(yàn)方法

校準(zhǔn)曲線溶液的制備[13]：稱取0.090g高純鋁5份分別置于200mL燒杯中，加入10mL(1+1)HCl后加熱溶解，溶解后加入2滴管H2O2，再加入10mL王水繼續(xù)加熱溶解，溶解后取下，冷卻至室溫。將溶液轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，按表1加入被測(cè)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，建立適合的校準(zhǔn)曲線。

表1校準(zhǔn)曲線溶液的制備

分析元素標(biāo)準(zhǔn)溶液/(mg/mL)加入標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積/mL相應(yīng)曲線中元素含量/(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%鋯Zr(1.000)0,1.00,3.00,5.00,7.001.00～7.00鉿Hf(0.100)0,0.50,1.00,3.00,5.000.050～0.500

試樣溶液的制備：稱取0.100g樣品于200mL燒杯中，加入10mL(1+1)HCL后加熱溶解，溶解后加入2滴管H2O2，再加入10mL王水繼續(xù)加熱溶解，待樣品完全溶解后，取下冷卻至室溫。將溶液轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至100mL，搖勻。同時(shí)做空白試驗(yàn)，按儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。

2結(jié)果與討論

2.1溶樣方式的選擇

通常溶解鋁合金的方法有[6,10-12]：(1)氫氧化鈉+過(guò)氧化氫；(2)HCl+HNO3；(3)HCl+H2O2等方法。通過(guò)試驗(yàn)比較以上幾種溶樣方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：方法(1)溶樣后需要酸化，溶解過(guò)程較為復(fù)雜，而且鈉離子火焰的焰色反應(yīng)較強(qiáng)，會(huì)過(guò)多干擾檢測(cè)；方法(2)溶解后會(huì)有黑色不溶物；方法(3)溶解后穩(wěn)定性稍差。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，根據(jù)鋁鋯合金的特性改進(jìn)溶樣方法，選擇(3)再加入王水的方法，該溶樣方法溶解樣品徹底、穩(wěn)定性好，檢測(cè)干擾小。

2.2分析線的選擇及干擾的消除

試驗(yàn)研究了鋯和鉿元素的多條分析譜線，發(fā)現(xiàn)其有較多復(fù)雜的吸收峰，為準(zhǔn)確測(cè)定鋁鋯合金中鋯和鉿元素的含量，首先要嚴(yán)格將校準(zhǔn)曲線與待測(cè)溶液進(jìn)行基體匹配；同時(shí)，在多條分析線中鋯對(duì)鉿都存在比較嚴(yán)重的譜線重疊干擾。通過(guò)大量試驗(yàn)，舍棄干擾嚴(yán)重的分析線，最終選擇Zr(339.198)和Hf(277.336)這兩條分析線。

2.3準(zhǔn)確度及精密度試驗(yàn)

2.3.1準(zhǔn)確度試驗(yàn)

在確定的儀器工作條件下，用絡(luò)合滴定法進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證ICP-AES方法測(cè)定Zr的準(zhǔn)確性；采用加標(biāo)回收的方法驗(yàn)證ICP-AES測(cè)定Hf的準(zhǔn)確性。.

(1)分別用兩種方法測(cè)定3個(gè)樣品中Zr含量，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2Zr檢測(cè)結(jié)果比對(duì)

樣品名稱ICP-AES法測(cè)定Zr含量絡(luò)合滴定法測(cè)定Zr含量相對(duì)誤差/%1#樣品4.854.890.822#樣品5.285.330.943#樣品5.005.010.20

(2)加標(biāo)回收率試驗(yàn)(Hf)：在1#樣品中進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，選擇分析線Hf(277.336)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3加標(biāo)回收結(jié)果

測(cè)定值加入量測(cè)定總量回收率/%0.1100.1000.213103.00.1100.2000.30597.50.1100.3000.411100.3

2.3.2精密度試驗(yàn)

在確定的儀器工作條件下，將3#樣品連續(xù)測(cè)定10次，進(jìn)行精密度試驗(yàn)。Zr(339.198)和Hf(277.336)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為2.06%和3.54%，均小于4%，結(jié)果滿足要求。見(jiàn)表4。

表4　精密度試驗(yàn)結(jié)果

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)，建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)測(cè)定鋁鋯合金中Zr和Hf元素的方法。該方法操作簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確度較高，通用性好，適用性強(qiáng)，能較好的滿足航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中鋁鋯合金測(cè)定的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉兵，彭超群，王日初，等.大飛機(jī)用鋁合金的研究現(xiàn)狀及展望[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2010，20(9)：1705-1713.

[2]熊炳昆.鋯在有色金屬材料中的應(yīng)用[J].稀有金屬快報(bào)，2005，24(6)：45-47.

[3]CHEN Bin，LU Chen，LIN Dong-Liang，et al.Effect of zirconium addition on microstructure and mechanical properties of Mg97Y2Zn1 alloy [J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2012，22(4)：773-778.

[4]謝優(yōu)華，楊守杰，戴圣龍，等.Zr對(duì)超高強(qiáng)鋁合金鑄態(tài)組織及晶粒度的影響[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2002，12(S1)： 131-135.

[5]周錫林，尹繼先，劉紀(jì)勇，等.鋁鋯合金的微波消解及鋯測(cè)定[J].稀有金屬及硬質(zhì)合金，2010，38(4)：56-59.

[6]孫宇紅，徐煒.EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定鋁鋯中間合金中的鋯[J].兵器材料科學(xué)與工程，2004，27(5)：47-48.

[7]朱明華.儀器分析[M].北京：高等教育出版社，2005.

[8]楊春晟.原子光譜分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[9]辛仁軒.等離子體發(fā)射光譜分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[10]GB/T 20975.25-2008，鋁及鋁合金化學(xué)分析方法 [S].

[11]李剛，陳蘇，李艷，等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定核級(jí)鋯合金中17種常量及痕量元素[J].冶金分析，2012，32(11)：56-60.

[12]HB/Z 5218.15-2004，鋁合金化學(xué)分析方法 [S].

[13]GB/T 20125-2006，低合金鋼多元素含量的測(cè)定 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[S].

(責(zé)任編輯：趙麗琴)

Determination of Zr and Hf in Aluminum Zirconium Alloys by ICP-AES Method

DUAN Shuang,ZHU Zhi,JIN Xiaocheng,GAO Peng

(Shenyang Research Institute of Foundry,Shenyang 110022,China)

Abstract：The determination of Zr and Hf in Aluminum zirconium alloys is studied by ICP-AES.Systematic research is conducted on the dissolving method,the selection of analytical line and the eliminating interference for determination of these two elements by ICP-AES.And Analysis conditions were optimized.Through the accuracy and precision experiment,it verified the accuracy and reliability of the method.

Key words：ICP-AES；aluminum zirconium alloys；Zr；Hf

中圖分類號(hào)：O657.31

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1003-1251(2016)02-0108-03

作者簡(jiǎn)介：段雙(1984—)，女，工程師，研究方向：金屬材料成分分析。

收稿日期：2015-05-25