ICP-OES法測定發(fā)動機(jī)缸體硅含量

葉楓，朱京妃，陳旺湘，孫峰，盧洪英

1.義烏吉利動力總成有限公司 浙江義烏 322000

2.寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司 浙江寧波 315000

1 序言

缸體是發(fā)動機(jī)最重要的零件之一，是發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)零件和骨架，同時作為發(fā)動機(jī)的主體，它將各個氣缸和曲軸箱連成一體，是安裝活塞、曲軸以及其他零件和附件的支承骨架[1]。利用鋁合金材料ADC12（日本牌號，相當(dāng)于我國YL113）來制備發(fā)動機(jī)缸體，不但能使汽車發(fā)動機(jī)的性能提高，還可以減輕發(fā)動機(jī)的重量，具有更優(yōu)異的性能，因而被普遍應(yīng)用[2]；ADC12缸體（見圖1）中的硅含量會影響其綜合性能，為了保證缸體性能的有效性，需準(zhǔn)確檢測缸體中的硅含量，因此研究并驗證一種快速、精確測試方法是非常必要的[3]。

圖1 缸體實物

現(xiàn)在測試缸體中硅含量的方式主要有火花直讀光譜儀、熒光光譜儀、電感耦合等離子發(fā)射光譜法(ICP-OES)及輝光光譜儀等[4]。與別的檢測方法相對比，ICP-OES法能同時測定多種微量元素，具備工作效率高、檢出限較低、線性廣、干擾少及精度較高等優(yōu)點，是現(xiàn)在使用頻次及性價比均較高的檢測方式。通過ICP-OES法為研究手段，對缸體中硅元素開展檢測分析。通過研究不同前處理對基材溶解情況，討論各種因素導(dǎo)致的干擾情況，最終確立了用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定缸體中硅元素的方法。該檢測方法具備操作快速簡單、經(jīng)濟(jì)性強，以及準(zhǔn)確性和靈敏度高等優(yōu)勢。

2 測試與分析

2.1 主要儀器與試劑

本研究所用的儀器與試劑：美國賽默飛I C POES：ICAP-7000光譜儀；德國賽多利斯股份公司生產(chǎn)的BSA124S型電子分析天平；上海科恒實業(yè)發(fā)展有限公司生產(chǎn)的DB-型數(shù)顯電熱板；鋼研納克檢測技術(shù)有限公司生產(chǎn)的硅標(biāo)準(zhǔn)溶液1000mg/L、加標(biāo)用的硅標(biāo)準(zhǔn)溶液500mg/L；國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的鹽酸分析純 500mL、氫氟酸分析純500mL；無錫市晶科華工有限公司生產(chǎn)的硝酸分析純500mL。

采用華域皮爾博格有色零部件（上海）有限公司生產(chǎn)的缸體（wSi＝10.34%）。

2.2 試驗方法

（1）試樣的制備

1）配制HNO3（1＋1）溶液，取HNO365%分析純10mL，用移液管緩慢加入裝有10mL純水的聚四氟乙烯燒杯中，搖勻備用。

2）配制HNO3（1+1）＋HF混合溶液，體積比為3∶1，用移液管取7.5mL配置好的HNO3（1＋1）溶液，緩慢加入聚四氟乙烯燒杯中，再加入2.5mL的HF，搖勻備用。

3）準(zhǔn)確稱取0.1g（精確至0.0001）試樣，放入100mL聚四氟乙烯燒杯中，在燒杯中用移液管移取配制好的HNO3（1+1）＋HF混合溶液10mL后，在電熱板上加熱至45℃，樣品溶解完全后，取下冷卻至室溫，再轉(zhuǎn)至100mL容量瓶中，用水洗滌定容到刻度，搖勻備用。

（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 在備用的標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入被測元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液（見表1），用水洗滌并定容到刻度橫坐標(biāo)為被測物濃度，縱坐標(biāo)為分析線強度，同時做空白試驗，使用ICP-OES測定，外標(biāo)法定量。

表1 校準(zhǔn)工作曲線的制備

（3）儀器工作條件 高效旋流霧室，儀器工作參數(shù)見表2。

表2 儀器工作參數(shù)

3 結(jié)果與討論

3.1 試樣消解方式的選擇

比較常用的ADC12鋁合金消解及試劑配比方式有：①HNO3。②HNO3＋HCl。③HNO3（1+1）＋HF，體積比為3∶1。用酸溶解試樣的速度和反應(yīng)條件與所用酸的溶解性及氧化性有關(guān)，若酸的氧化性太大，則試樣表面易形成一層保護(hù)膜，降低了反應(yīng)速度，經(jīng)過多次試驗，發(fā)現(xiàn)使用①和②方式時，消解較緩慢，且溶液中會有懸浮物無法消解。采用③消解方式在常溫下可迅速反應(yīng)，能使鋁合金試樣徹底溶解，懸浮物消散后溶液清亮（參數(shù)見表3），同時具備簡單、迅速、穩(wěn)定性好等特點。因此，本文選擇HNO3（1+1）＋HF進(jìn)行消解，結(jié)果準(zhǔn)確性較高，能取得很好的效果。

表3 溶解酸對試樣溶解的影響

3.2 析譜線的選擇及干擾的消除

（1）分析譜線的選擇 ICP-OES在分析過程中由于分析物輻射和其他元素的輻射有重疊，會造成光譜干擾，因此如何選擇最合適的譜線顯得非常重要。分析譜線的選擇直接影響到測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，選擇合適的譜線，可避免其他元素譜線的干擾，從而極大地提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性[5]。

通過在譜線庫中比對峰值、強度、相對干擾因素（見表4），以選擇強度大、干擾少的譜線為原則，最合適的分析譜線為Si（288.158）。

表4 各特征波長對應(yīng)其干擾情況

（2）干擾的消除 選擇Si（288.158）作為最合適的分析譜線，在標(biāo)準(zhǔn)溶液中添加純鋁溶液，使基體匹配效果最佳，被測金屬基體、標(biāo)準(zhǔn)溶液基體兩者盡可能接近，以消除干擾因素，同時調(diào)整RF的功率至1350W，減小霧化器流速至0.6L/min，大部分干擾可去除。

3.3 精密度和回收率試驗

（1）精密度試驗 在上述儀器條件及檢測方法下進(jìn)行溶液配制，采取10次連續(xù)分析檢測Si元素實測平均值為10.36%，缸體中Si含量為10.34%，同時計算精密度，測定缸體樣品中Si含量，其結(jié)果滿足試驗要求，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD＝0.26%（見表5）。

表5 精密度測試結(jié)果

（2）回收率試驗 采取測定加標(biāo)回收率來評價檢測方法的準(zhǔn)確度，并對結(jié)果開展驗證。對于缸體3水平加標(biāo)回收試驗結(jié)果見表6，其回收率在97%～106%之間，準(zhǔn)確度符合試驗分析要求。

表6 加標(biāo)回收測試結(jié)果（n＝3） （%）

4 結(jié)束語

本文研究了使用HNO3（1+1）＋HF，體積比為3∶1在常溫的前處理條件下，利用ICP-OES測試缸體ADC12鋁合金中Si含量的方法。試驗結(jié)果表明，測定缸體中Si含量，其加標(biāo)回收率在97%～106%，測定結(jié)果RSD＝0.26%。該方法具有經(jīng)濟(jì)、前處理簡單快速、基體效應(yīng)干擾小、重現(xiàn)性高，以及加標(biāo)回收率高等優(yōu)點，可滿足日常檢測要求。