微波消解ICP—AES法檢測馬氏體時效鋼18Ni300粉體成分

管曉穎 葉國晨

摘要：18Ni系馬氏體時效鋼廣泛應用于日常生活、生產及尖端科技等多個領域.18Ni300作為金屬增材制造技術（3D打印）中選區(qū)激光熔化技術（selective 1aser mehing，sIM）的專用馬氏體時效鋼，已獲得廣泛關注。18M300中不同元素所起的作用不同，因此對18Ni300的元素成分測定尤為關鍵。該文提供一種快速準確的微波消解ICP-AES法測定馬氏體時效鋼18 Ni300粉體中Ni、Co、Mo、Ti、Al含量的新方法，克服現(xiàn)有國標檢測的不足。采用鹽酸和硝酸進行試樣消解，避免氫氟酸對儀器的腐蝕與污染，同時匹配酸度和基體含量，減少測試過程中的基體效應，采用內標法對待測元素進行測定，加標回收率在90%～110%，效果良好。

關鍵詞：微波消解；ICP-AES；18Ni300；內標法

0引言

馬氏體時效鋼是一種高合金超高強度鋼，憑借其優(yōu)良的工藝性能和使用性能，已被廣泛應用于生產、生活或尖端科技等各個領域。包括18Ni、20Ni和25Ni 3個典型系列，其中以18Ni系制造最為容易且應用最為廣泛。隨著3D打印技術在工業(yè)生產中的迅速發(fā)展，18Ni300作為金屬增材制造技術中選區(qū)激光熔化技術（selective laser melting，SIN）的專用馬氏體時效鋼，具有強度高、焊接性好、韌性以及冷熱加q-，性好等特點，現(xiàn)獲得廣泛關注。

馬氏體時效鋼是通過在Fe-Ni合金中添加Co、Mo、Ti、Al等強化元素而形成的合金鋼材料，屈服強度主要靠鈦含量進行調整，表1為18Ni300的額定成分。其合金元素大體分為3類：平衡組織和控制8一鐵素體出現(xiàn)的元素，如Ni、Co、Mn等；形成彌散強化相的元素，如Mo、Ti等；與抗腐蝕性能有關的元素，如鉻等。不同元素所起到的作用不同，因此對18Ni300粉末的元素成分測定尤為關鍵。

微波消解具有消解完全、消解時間短、節(jié)省試劑用量等特點：ICP-AES光譜法是以電感耦合等離子體為發(fā)射光源的光譜分析方法，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）因檢出限低、靈敏度高、精密度高以及多元素同時測定等優(yōu)點，已得到廣泛應用?，F(xiàn)有的國標中尚無符合18Ni300成分的檢測標準，本文應用ICP-AES法對18Ni300粉體材料中Ni、Co、Mo、Ti、Al等元素的方法進行了探討，結果滿意。

1實驗部分

1.1儀器與試劑

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀：美國利曼公司PRODIGY 7。

儀器最佳工作條件：射頻功率為1.1 kW；冷卻氣流量14 L/min、輔助氣流量0.1 L/min；霧化氣壓力為45 psi（1 psi=6 894.76 Pa）；觀測方式為垂直觀測；樣品提升速率為1.4mL/min；積分延遲時間為35 s；積分時間為30 s；積分次數(shù)為2次。

微波消解儀：美國CEM公司MARS6。功率：800W；溫度：190℃；保溫時間：20min。

鹽酸、硝酸、氫氟酸均為優(yōu)級純，試驗用水為去離子水。鐵、鎳、鈷、鉬、鈦、鋁標準溶液：1000μg/nm（國家有色金屬及電子材料分析測試中心），標準系列由各母液逐級稀釋而成。

1.2樣品前處理

準確稱取0.1 g試樣，置于微波消解內罐中，加入6 mL HC1、2 mL HN03，放置至反應不劇烈后蓋上罐蓋，置于微波消解儀中，按照1.1設定的條件進行消解，待消解結束后，置于趕酸板加熱至溶液冒煙結束后，取出冷卻，用約20mL去離子水沖洗罐壁，再置于趕酸板上加熱，重新溶解罐底部的固體，取出待其冷卻后，用去離子水沖洗內罐，移入100mL容量瓶中，定容、搖勻、靜止。再用移液管吸取10mL于100 mL容量瓶中，用去離子水稀釋定容、搖勻、靜止，待測。同時按同樣實驗步驟做好平行樣品及空白樣品。

2結果與討論

2.1酸度實驗

樣品溶液中的所含酸的濃度會影響溶液的密度、黏度和表面張力，進而影響溶液的霧化率及分析物溶液的提升率及譜線強度。本文采用鹽酸和硝酸介質，以去離子水為低標，以配制的Ni、Co、Mo，Ti、A1混合標準溶液為高標，另在數(shù)份含相同成分的合成混合標準溶液中分別加入不同量的鹽酸和硝酸，在儀器選定的條件下對Ni、Co、Mo、Ti、A1元素進行酸度影響試驗。其元素譜線強度結果如表2和圖1所示。

從圖1可看出，隨著鹽酸和硝酸加入量的增大，5種元素強度值均緩慢減小。因此為使測量盡可能精確，在實驗測試中需嚴格控制酸的用量，使標準溶液和試樣溶液中酸的濃度基本保持一致。

2.2基體匹配實驗

基體成分的變化影響分析元素的激發(fā)過程，從而影響其信號輸出，克服基體效應最有效的辦法就是使標準溶液與試樣溶液進行基體匹配。

取不同量的Fe標液數(shù)份作為底液，按18Ni300成分比例分別加入幾種待測元素，以含6.72 mg Fe底液的待測元素溶液為高標，以不含F(xiàn)e的空白實驗溶液為低標進行實驗，測量結果見表3。從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著基體成分Fe的增加，分析元素測定的信號強度也隨之降低。因此為精確實驗數(shù)據(jù)，在實驗過程中要盡可能將標準溶液和待測溶液進行基體匹配，即根據(jù)待測樣品主元素的含量，在配制的系列標準溶液中加入與待測樣品主元素含量基本一致的主元素標準溶液。

2.3內標法及內標元素的選擇實驗

樣品中發(fā)生的一切改變在內標中同樣存在，試驗樣品與內標在樣品引入或等離子體中所發(fā)生的變化是一致的。在測量過程中內標信號增加或降低的系數(shù)與樣品中待測元素相同。內標元素與被測元素的比值關系是相對不變的，通過計算兩者強度的比值，來校正測量數(shù)值的增加或降低。內標元素一般選擇化學性質穩(wěn)定、不受光譜干擾、不對其他分析元素產生光譜干擾，且在標準、空白及樣品中不存在的元素。本文分別選擇釔（Y）和鈧（Sc）為內標元素，與未加內標元素做對比。結果如表4所示，采用內標法，測得的實驗結果更接近于標準值，且實驗穩(wěn)定性更好，RsD（相對標準偏差）值更小，綜合比較，選擇釔（Y）作為內標元素。

2.4方法檢出限及精密度

采用貝塞爾公式法，連續(xù)測定空白溶液12次，以其3倍標準偏差所對應的濃度值計算各個元素的檢出限。

將處理好的待測樣品溶液進行測試，獨立測定10次，計算各元素測定結果的平均值和相對標準偏差，并與額定值對比，實驗結果如表5所示。

結果表明，通過ICP-AES測定18Ni300中Ni、co、Mo、Ti、A1等元素，選擇釔（Y）作為內標元素均可較好地控制由于儀器工作條件和霧化效率等發(fā)生變化而造成的非光譜干擾，有效地消除基體效應影響，元素檢出限低，測試結果準確度高，相對標準偏差小。

2.5加標回收試驗驗證

在測試樣品中加入標準溶液，進行加標回收試驗。試驗結果見表6，各個元素回收率在90%～110%之間，表明該方法準確可靠。

3結束語

本文使用微波消解處理樣品，樣品消解完全、消解時間短，節(jié)省消解試劑用量，與常規(guī)的加熱板加熱消解試樣相比，具有更大的優(yōu)勢。通過試樣溶液和標準溶液的酸度和基體匹配，減少了測試過程中的基體效應，增加了檢測的可靠性，采用內標法較好的控制由于儀器工作條件和霧化效率等發(fā)生變化而造成的非光譜干擾，通過加標回收實驗，進一步驗證了該實驗方法的準確度，彌補了現(xiàn)有國標檢測的不足。