化学法快速测定铁基非晶合金中硼含量的试样分解方法研究

赵亚玲 崔玉旺 王海祥 付忠良 成闰阁 王海英

(冶科金属有限公司中心实验室， 三河市 065201)

非晶合金是一种无序原子结构的合金，代表了冶金学中最新的材料，由于它具有较高的最大磁导率和很低的磁滞损耗等许多独特的性能，被广泛用于电力、电子、航空、机械等众多领域，具有广阔的应用空间。铁基非晶合金中硼是重要元素，硼的准确快速测定对于铁基非晶合金生产具有重要的意义。常规的化学分析法采用碱熔融分解难熔的非晶合金试样测定其中的硼，但在长期的实际测试中发现700℃熔融过程难以人为控制，高温时熔融的过氧化钠对铁坩埚的腐蚀和熔剂本身离子和其中的杂质带入使试样受到污染，另外在495℃以上过氧化钠熔融放出氧引起飞溅，这些都造成检测数据波动，炉子升温、熔融后熔块的加热浸出造成试样分解总时间过长，满足不了实际生产的快速、准确要求。为此笔者对制约整个检测的重要环节——试样分解进行了研究试验，根据过氧化氢的强氧化性能以及它的氧化能力随酸度提高而增强的特性，利用非晶合金基体中铁(Ⅱ)在过氧化氢氧化过程的催化作用，规避在30%过氧化氢条件下稀硫酸冒烟温度超过200℃时硼的损失。通过试验确定了用浓过氧化氢与浓盐酸分解试样的方法，获得了最简单的试样溶解方式。该方法与熔融法相比检测时间节省40%，工作效率提高100%，检测成本节省69%。该法测定结果与ICP-AES法测定结果相一致。

1 实验部分

1.1 主要试剂

过氧化氢溶液：30%；

盐酸：密度约为1.19 g/mL；

氢氧化钠溶液：200 g/L；

对硝基酚溶液：10 g/L；

氢氧化钠溶液：4 g/L；

酚酞溶液：5 g/L；

氢氧化钠标准溶液：0.05 mol/L；

实验所用试剂均为分析纯。

1.2 实验方法

(1)样品制备

试样采用现行生产中铁基非晶合金的各种化学成分和生产工艺，用真空感应炉专门熔炼、严格处理的3种粉末状样品。经国家钢铁材料测试中心采用ICP-AES法定值：1#样品wB= 1.45%； 2#样品wB= 1.86%； 3#样品wB= 2.16%。

(2)样品溶解

将0.500 0 g试样置于500 mL三角瓶中，加15 mL 30% H2O2(夏季20～25 mL)、10 mL盐酸，加入盐酸后反应自发进行，反应结束后再加入5 mL盐酸，煮沸3 min，取下，冷却。

(3)试液分离

将试液移入250 mL容量瓶中，加水约180 mL，在不断摇动下，加入200 g/L的氢氧化钠溶液至氢氧化物沉淀开始生成后再过量15 mL，冷却至室温，用水稀释至刻度，摇匀。移入300 mL干塑料烧杯中，待沉淀后，用中速滤纸干过滤于100 mL容量瓶中，满刻度后，滤液倒入300 mL锥形瓶中，加入3滴对硝基酚溶液，用盐酸溶液(1+1)中和至黄色消失，并过量1～2滴。煮沸除去二氧化碳，试液浓缩至80～100 mL。

(4)滴定

将试液用流水冷却至室温，用4 g/L的氢氧化钠溶液调节试液至刚出现浅黄色，加入6 g甘露醇，振荡，加入5～6滴酚酞溶液，用约0.05 mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至呈现粉红色，再加1 g甘露醇，若粉红色消失，继续滴定，直至红色不消失为终点。

(5)结果计算

铁基非晶合金中硼的含量按式(1)计算：

(1)

式中：wB——硼的质量分数，%；

c——氢氧化钠标准溶液的物质的量浓度，mol/L；

V——试液总体积，mL；

V2——滴定试液所消耗氢氧化钠标准溶液的体积，mL；

V1——分取试液体积，mL；

m——试样量，g；

0.010 81——与1.00 mL氢氧化钠标准滴定溶液相当的硼的质量，g。

2 结果与讨论

2.1 溶剂的选择及浓度的确定

铁基非晶合金属于难溶合金，合金中的硼除氢氟酸+酸、氢氟酸+混酸之外很难被其它酸+酸、其它酸+混酸溶解，氢氟酸不仅溶解试样中的硼也将玻璃器皿的硼溶解下来，并且 F 与B生成BF3而挥发，使硼损失无法准确测定。根据硼、过氧化氢、盐酸的特性，选择了过氧化氢与盐酸作溶剂，将不同浓度配比的过氧化氢、盐酸分别加入，试样溶解不明显，继续以滴加加入方式进行追加，溶解仍不明显；当选择浓过氧化氢、浓盐酸两种试剂以一定体积分别加入后与粉末试样氧化反应十分猛烈，溶液沸腾，充分利用了盐酸的酸度、铁离子的催化作用，试样中硼全部溶解，同时单纯的溶液沸腾几乎能完全破坏试样分解后留在溶液里剩余的过氧化氢，最后的残留通过加盐酸、加热至冒烟除去。试样溶解后溶液中有少许黑色不溶物，通过以下试验确定为元素铌。

2.2 确定试验

(1)试样分解后溶液中有少许黑色不溶物，通过采用同基体不含铌的试样进行溶解试验，则溶液中没有黑色不溶物，因此黑色不溶物确定为元素铌。

(2)铁基非晶合金试样中的硼能被浓盐酸、30%H2O2全部溶解，用该方法对2#样品(硼含量为1.86%)进行测定，测定结果分别为1.86%、1.87%、1.85%、1.86%、1.87%、1.85%，证明硼被全部溶解。

(3)少许黑色不溶物元素铌不干扰测定。

2.3 干扰试验

实际生产中铁基非晶合金中存在含量0.5%以下的杂质元素Mn、Al，因此以0.5%为上限做干扰试验。

试验采用2#样品 ，配制Mn、Al标准溶液1 g /L(1 mL相当于0.2%的Mn、Al)，分别加入试样溶液中进行干扰试验。结果列于表1。

表1 Mn、Al干扰试验结果

由此可见，Mn、Al的含量在小于0.50 %的范围内干扰很小。铁基非晶合金中的共存元素Cu、Si、Nb不干扰测定，Fe、Cr、Ni采用NaOH沉淀分离后，不干扰测定。

2.4 样品分析

用本方法对1#、2#、3#样品进行测定，其测定值以及测定结果的相对标准偏差列于表2。由表2可知，本法测定测定结果与认定值相符，测定结果的相对标准偏差小于1.5%，说明该方法准确、可靠，重复性好。

表2 样品测定结果

3 结论

(1)采用化学法测定铁基非晶合金中的硼元素，试样的分解对整个分析过程和结果有很大影响，选择H2O2(体积分数30%)、浓盐酸分解难溶铁基非晶合金试样，实现了最简单试样“湿法”溶解方式。

(2)该方法使用的试剂简单，对测定设备及环境要求不高，检测成本低，测定结果准确、可靠，适合于无大型检测仪器的生产型企业常规快速分析。

[1] 鲁道夫·博克(德).分析化学中试样分解手册[M]．吴湘澍译，北京：中国标准出版社，1987：255-261.

[2] GB/T 223.6-94 钢铁及合金化学分析方法 中和滴定法测定硼量[S]．

[3] 宋卫良.冶金化学分析[M]．北京：冶金工业出版社，2008：35-42．

[4] 沈桂娣.铁基非晶软磁合金及其晶化[J]．南京理工大学学报，1998，22(6):544-547.