鈦鐵合金中Al、Cu、Mn、Si、P 檢測方法的探討與應用

朱麗萍 李曉俠 孫浩然

（1、承德建龍特殊鋼有限公司，河北 承德067300 2、河北省鍛造用鋼工程技術研究中心，河北 承德067300 3、河北工業大學材料科學與工程學院，天津300400）

國標規定鈦鐵的鈦及其相關輔助元素檢測方法分別如下：GB/T 4701.6 鈦鐵鋁含量的測定EDTA 滴定法；GB/T 4701.3 鈦鐵 銅含量的測定 銅試劑光度法和火焰原子吸收光譜法；GB/T 4701.4 鈦鐵 錳含量的測定 亞砷酸鹽 亞硝酸鹽滴定法和高碘酸鹽光度法；GB/T 4701.2 鈦鐵硅含量的測定硫酸脫水重量法；GB/T 4701.7 鈦鐵 磷含量的測定 鉍磷鉬藍分光光度法和鉬藍分光光度法。要想按國標方法完成一個鈦鐵合金的Al、Cu、Mn、Si、P 成分檢測，需要采用以上五種檢測方法分別進行方可解決，不但耗時長，當天無法完成全部項目的檢測，而且員工勞動強度大、工作效率低，不滿足當前檢測工作和生產質量管控的需要。為此，化驗室組織開展了方法的改進研究工作，利用電感耦合等離子體發射光譜儀，經過了幾十次實驗積累，尋找最佳操作條件和參數，最終確定了一種比較適合企業使用低檢測方法，該方法只需要一種溶液就能同時檢測鈦鐵中Al、Cu、Mn、Si、P 元素的含量。內容包括以下步驟：

1 測定原理

試樣用酸溶解后冒硫酸煙，經稀鹽酸溶解鹽后定容，利用相應的進樣系統，將標準溶液引入ICP 發射光譜儀，測定元素分析線的發射光強度，再根據標準曲線確定各種元素的含量。

2 樣品要求

按GB/T4010 標準要求制樣，樣品全部通過0.125mm 篩孔。

3 相關設備及試劑

3.1 電子天平（感量0.0001g）。

3.2 電熱板（100℃-300℃）。

3.3 ICAP6300 型全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜儀，工作條件為：RF 功率1150w；泵速50 r/min；輔助氣0.5L/min；霧化器0.65L/min；觀測高度15cm；積分時間30s。

3.4 聚四氟乙烯燒杯（250mL）。

3.5 王水：鹽酸（ρ：1.84g/mL，優級純）+硝酸（ρ：1.16g/mL，優級純）=3+1。

3.6 氫氟酸（ρ：1.16g/mL，優級純）。

3.7 硫酸（ρ：1.84g/mL，優級純）：1+1。

3.8 鹽酸（ρ：1.19g/mL）：1+1。

3.9 容量瓶（50mL）。

3.10 Al 標 準 溶 液（1000 μg/ml）、Cu 標 準 溶 液（1000 μg/ml）、Mn 標 準 溶 液（1000 μg/ml）、Si 標 準 溶 液（1000 μg/ml）、P 標準溶液（1000 μg/ml）。

4 操作條件

4.1 實驗室溫度：23±5℃，相對濕度RH：≤80%。

4.2 全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜儀及水冷機等其他附屬使用設備運行正常。

4.3 氬氣純度>99.99%，其儲備量>6.0MPa,保證檢測的順利進行。

4.4 所用試劑均為優級純且不含被測元素，檢測用水為符合GB/T6682 標準的一級超純水。

5 樣品制備

將0.2（精確至0.0001）g 試樣置于聚四氟乙烯燒杯中，用王水、氫氟（3.6）酸在電熱板上低溫溶解約20min，加2ml 稀硫酸（3.7）溶至近干，取下稍冷，加入10ml 稀鹽酸（3.8)溶鹽后取下冷卻至室溫，用一級超純水定容于50ml 容量瓶中待測。

6 繪制工作曲線

用半定量方法大概測定一下試樣各元素的大概含量范圍，然后稱取五份與試樣的鐵和鈦含量接近的高純鐵和高純鈦（確保基體匹配)，分別置于聚四氟乙烯燒杯中，分別置于聚四氟乙烯燒杯中，按上述試樣的熔樣方法同樣處理后分別加入做曲線用的6 個50ml 容量瓶內，再分別吸取一定體積的1000 μ/ml Al、Cu、Mn、Si、P 元素標準溶液，按照各元素的含量配制濃度由低到高的相應繪制曲線用標準溶液（見表1），使待測元素含量落在工作曲線范圍內, 稀釋定容于已放入基體鐵和鈦的容量瓶中。

打開儀器狀態工具欄，再次確認全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜儀運行正常后開啟排風與循環水，安裝好蠕動泵管，上好泵夾，將樣品管置于換好的400ml 左右超純水的燒杯中，打開等離子狀態工具欄，點擊等離子體開啟，儀器進入點火狀態。待等離子體穩定20-40min 以后，開始進行檢測。

點擊標準化圖標，打開標準化對話框依次（最好濃度由低到高）運行標準溶液，點擊完成；雙擊樣品名稱，即可打開Subarray譜圖（樣品譜圖可疊加），察看譜峰是否有干擾，某些干擾可通過移動譜峰和背景的位置來消除干擾，需要點擊更新方法進行方法重建或更新；通過方法→元素→譜線和級次→擬合，察看譜線的線性關系和相關系數，以確定該譜線是否可用；選用干擾少，信倍比高、相關系數好（≥0.999）的譜線為分析譜線。推薦譜線 為 AL:308.215nm、Cu：372.369 nm、Mn：257.6 nm 1、Si：288.158 nm 及P：178.284nm。

表1 待測元素的推薦分析線及標準曲線配制濃度

7 檢測

在測定測定完標準曲線溶液的相同條件下，利用相應的進樣系統，將試樣溶液和試劑空白液導入耐氫氟酸進樣系統進行測定各元素的強度與工作曲線比較，從而得到試樣中的各元素含量。

8 結果驗證

為了驗證檢測方法的分析效果，我們利用標準樣品和待測試樣，分別進行了該檢測方法的加標回收實驗、精密度及準確度驗證。

8.1 加標回收率

分別采用編碼為GBW01430和Ti30-1 的標準樣品以及待測試樣，按不同含量進行加標回收試驗，數據見表2。

表2 回收率實驗

8.2 精密度

對三個不同試樣分別進行了10 次精密度實驗，計算相應的平均值、標準偏差和相對標準偏差，列表如表3。

表3 精密度實驗數據(n=10)

8.3 準確度

在進行了加標實驗和精密度實驗之后， 又利用編碼為YSBC19604-08 和YSBC19605-05標準樣品進行了檢測，驗證了其準確度見表4。

表4 準確度實驗數據

結束語

通過對鈦鐵合金中微量元素采用ICP-OES 進行聯測方法的探討和實踐，并以上對標準樣品和待測樣品的準確度、精密度和回收率實驗驗證，本方法準確度完全滿足使用要求，加標回收率在92%～105%范圍，精密度高、穩定性好。經過近幾年的實際應用，用該方法在實際生產過程中檢測的鈦鐵中Al、Cu、Mn、Si、P 元素的數據，操作簡單，易于掌握，不但縮短了測定周期，檢測數據穩定、準確度高。與日常實際生產工藝相結合，完全能滿足生產管控需要，大大降低了員工勞動強度，提高工作效率，可在鋼鐵行業中加以廣泛應用。