脈沖加熱
——熱導(dǎo)法測定金屬中氫含量的研究

商雪松，仇慧群，郭　愷（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司，黑龍江齊齊哈爾161002）

脈沖加熱
——熱導(dǎo)法測定金屬中氫含量的研究

商雪松，仇慧群，郭愷
（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司，黑龍江齊齊哈爾161002）

通過使用G8 GALILEO氫分析儀進(jìn)行金屬合金中氫的測定，并結(jié)合本公司冶煉產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝需求，依據(jù)GS/T223.82-2007國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法，形成氫含量的測定方法。經(jīng)過條件實(shí)驗(yàn)和對(duì)比實(shí)驗(yàn)，最終確定了最佳實(shí)驗(yàn)方法，試樣精密度實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好，RSD＜6%。

金屬；脈沖加熱；熱導(dǎo)法；氫含量

Abstract∶This paper describes the use of hydrogen G8 GALILEO hydrogen analyzer measurement metal alloys，combined with our smelting production process requirements，in accordance with standard analytical methods GS/ T223.82-2007 country，the formation of hydrogen content determination.After experimental conditions and comparative experiments，and ultimately determine the optimum method of sample repeatability precision experiments，RSD＜6%.

Key words∶Metal；pulse heating；thermal conductivitymethod；hydrogen content

金屬中氫主要來自冶煉過程爐料中的水分和潮濕的空氣，通過與金屬熔池和金屬澆注接觸，在金屬被氧化的同時(shí)分解出氫，氫含量過高會(huì)出現(xiàn)“白點(diǎn)”或“氫脆”，易發(fā)生脆性斷裂。因此，氫在現(xiàn)今金屬材料分析中占據(jù)重要地位。

1　儀器和試劑

1.1氫分析儀的原理

氫分析儀：德國布魯克公司G8 GALILEO氫分析儀，測試精度0.1ppm，該儀器采用脈沖電極爐加熱，試樣投入到已預(yù)脫氣的熾熱石墨坩堝中，加熱熔融后，載氣將釋放的氣體帶入檢測器經(jīng)熱導(dǎo)法檢測。計(jì)算機(jī)控制分析全過程，自動(dòng)積分計(jì)算出樣品中的氫含量并顯示測定結(jié)果。

試樣在氬氣保護(hù)下，投入經(jīng)脫氣后的石墨坩堝。樣品中的氧與石墨生成CO，經(jīng)舒茨試劑將其氧化成CO2，再被堿石棉吸收。氫以氣體形式釋放，進(jìn)入熱導(dǎo)檢測器，由熱導(dǎo)檢測后，計(jì)算機(jī)直接換算成氫含量，以ppm顯示結(jié)果，由于采用脈沖電極爐加熱和熱導(dǎo)檢測器檢測，故本方法稱為脈沖熱導(dǎo)法。

1.2試劑

舒茨試劑，堿石棉，無水高氯酸鎂，石墨坩堝。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：氫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)AR556，YSBS20602-2008。

2　試樣的制備

其一，根據(jù)我公司應(yīng)用金屬產(chǎn)品中氫含量低以及G8 GALILEO氫分析儀進(jìn)樣爐體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將試樣加工成φ4～5mm，長度在80～100mm的圓棒。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，車床加工的轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀量、走刀速度以及車削次數(shù)都對(duì)氫的測定結(jié)果有影響，因此本文對(duì)試樣加工有選擇要求。

試樣加工步驟及要求：A.試樣加工前要用丙酮清洗刀具及試樣。B.將試樣一端約φ15～20mm夾入車床（也可做試樣標(biāo)識(shí)），另一端加工成φ4～5mm，長度在80～100mm的圓棒。C.試樣表面切削深度大于0.3～0.5mm。

其二，加工后的樣品立即分析，不要延誤，以免氫的擴(kuò)散和逸出。不馬上分析的試樣，應(yīng)貯存在冷凍劑中，較為合適的方式是用液態(tài)氮或者丙酮和二氧化碳干冰的膏劑保存，也可貯存干燥器皿中。

其三，實(shí)驗(yàn)表明試樣分析表面受到油、脂、碳?xì)浠衔锘蛩值奈廴緯?huì)嚴(yán)重影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，因此應(yīng)在分析前用四氯化碳或丙酮對(duì)試樣進(jìn)一步清洗除去，冷風(fēng)吹干。

3　試樣稱量質(zhì)量的確定

由于我公司生產(chǎn)冶煉產(chǎn)品工藝要求氫的質(zhì)量控制小于6ppm，GS/T223.82-2007國標(biāo)分析方法采用單點(diǎn)校正，消除空白的實(shí)驗(yàn)方法，因此經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明試樣的稱量與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)越接近，測定的測量結(jié)果越準(zhǔn)確。

4　分析參數(shù)的選擇

本實(shí)驗(yàn)采用美國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)AR556，（6± 0.5）ppm和不銹鋼YSBS20602-2008，（3.55±0.15）ppm，及我公司生產(chǎn)冶煉產(chǎn)品，編號(hào)：23-2-5-1453 -6504在不同控溫度下進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

表1　控溫?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1　Temperature data table

由表1數(shù)據(jù)可以看出，控制溫度在1400℃～1450℃時(shí)有少部分樣品沒有得到熔化氫沒能完全釋放出來，因此測定的樣品結(jié)果偏低；控制溫度在1 650℃～1 700℃時(shí)樣品雖已完全熔化，但觀察分析后的石墨坩堝發(fā)現(xiàn)樣品較臟，略有滲碳現(xiàn)象，控制溫度在1 500℃～1 600℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定結(jié)果在誤差范圍。鋼材的熔點(diǎn)是1 420℃～1 600℃，因此該實(shí)驗(yàn)選擇分析控制溫度為1 550℃。

5　精密度實(shí)驗(yàn)

對(duì)美國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)AR556，YSBS20602-2008，以及我公司生產(chǎn)的進(jìn)行10次分析，結(jié)果見表2。

表2　：精密度實(shí)驗(yàn)表Tab.2　Precision experiments table

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)AR556重量平均值為1.0420g，平均值為5.92ppm，相對(duì)偏差（s）為0.13，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.11%，本實(shí)驗(yàn)方法精密度良好。

6　結(jié)論

金屬中氫的含量很低，鋼鐵及合金中含氫量一般小于10ppm。布魯克生產(chǎn)的G8 GALILEO氫分析儀，參數(shù)設(shè)置中獨(dú)具有溫度設(shè)置功能，可以非常直觀設(shè)置分析溫度，這樣就可以根據(jù)不同金屬材料試樣熔化溫度的不同，對(duì)所分析試樣溫度設(shè)置，因此，本實(shí)驗(yàn)方法可以準(zhǔn)確測定金屬中氫含量。

［1］GS/T223.82-2007，鋼鐵氫含量的測定惰氣脈沖熔融熱導(dǎo)法［S］.

［2］G8 GALILEO氫分析儀說明書［K］.

Determination of hydrogen content in the metal thermal conductivity methodpulse heating

SHANG Xue-song，QIU Hui-qun，GUOKai
（Qiqihaer Railway Rolling Stock Co.，Ltd.，Qiqihaer 161002，China）

TG115.3

A

1674-8646（2015）02-0028-02