ICP－AES法测定镍镧合金中Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb和Zr元素

庞晓辉 李亚龙 王桂军 高 颂 房丽娜 白雪峰

（1.中航工业北京航空材料研究院；2.航空材料检测与评价北京市重点实验室；3.中航（试金石）检测科技有限公司；北京100095）

1 引言

镍基高温合金是制造发动机的关键材料，是高度复杂化的合金，通常含有6～10个合金化元素，如铬、钨、铌、钽、钴、铝等元素，以提高合金的抗氧化抗热腐蚀能力，而严格控制合金中杂质元素含量，提高合金的纯净度，能提高发动机运行安全性和可靠性，在镍基合金中加入某些稀土元素能提高合金的热加工性能和抗氧化性能［1-3］，镧元素作为需要添加的稀土元素，冶炼时直接加入纯镧容易烧损，以镍镧合金（镍70%，镧30%）的形式加入效果良好，但进口的镍镧合金价格昂贵，采用自行冶炼的镍镧合金可有效降低成本，并使冶炼高温合金时镧的加入量容易准确可控，作为中间合金，镍镧合金的主量和杂质成分需要严格控制，目前未见关于的镍镧合金中杂质的分析报道，本实验研究了镍镧合金中Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr等杂质的分析方法。

电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICPAES）相具有线性范围宽、基体效应小、检出限低、灵敏度高、快速简便等特点，已经在冶金、地质、环境等领域被广泛应用［4－7］。实验采用ICP－AES对镍镧合金中杂质元素Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr的测定进行了研究，对镍镧合金样品的溶解、分析谱线选择、基体及共存元素干扰等进行了的试验，建立了适于测定镍镧合金中Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr等元素的分析方法，并应用于实际样品分析中。

2 实验部分

2.1 仪器和工作条件

美国Perkin Elmer公司生产的Optima5300V型全谱直读电感耦合等离子体光谱仪。分段式电感耦合检测器SCD；高频频率：40MHz；入射功率：1.3kW，观测高度：15mm，冷却气流量：15L／min，雾化气流量：0.9L／min，辅助气流量：0.2L／min；积分时间：2～5s

分析线波长：Si 251.611nm、Mn 257.610nm、Mg 285.213nm、Cu 324.752nm、Zn 213.857nm、Cd 214.440nm、Pb 220.353nm、Zr 343.823nm

2.2 试剂

Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr单标准储备液1.00mg／mL，国家标准溶液，钢铁研究总院制，使用时逐级稀释，配制成适当浓度的混合标准溶液。

实验用盐酸、硝酸均为优级纯，水为二次蒸馏水，基体匹配用纯镍质量分数大于99.95%。

2.3 实验方法

称取0.1000g镍镧合金样品置于100mL烧杯中，加入10mL盐酸、3mL硝酸、低温加热溶解完全，冷却后转移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。根据待测杂质元素的含量范围配制校准曲线，校准曲线溶液配制时用纯镍进行基体匹配，酸度与试样溶液保持一致。

2.4 测定

于Optima5300V型全谱直读光谱仪上，在选定的工作条件下测量校准曲线溶液，以待测元素浓度为横坐标，以谱线强度为纵坐标，绘制校准曲线，测量试样中各元素的含量。

3 结果与讨论

3.1 仪器工作参数的选择

电感耦合等离子体光谱仪工作参数主要是指高频发生器的入射功率（简称RF功率）、雾化器流量、观测高度等。这些参数与元素的物理化学性质有复杂关系［8］，一般通过试验方法进行选择，取Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Sn的混合标准溶液10μg／mL，考察功率、雾化器流量、观测高度的影响，分别选取不同RF功率、雾化器流量、观测高度，测量Fe、Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Sn的背景等效浓度（BEC），选BEC同时为最小时的条件为仪器工作参数，本实验确定的优化条件为RF功率：1.3kW，观测高度：15mm，雾化气流量：0.9L／min。

3.2 分析线的选择

待测元素谱线应免受光谱干扰、足够的线性范围、灵敏度高，根据光谱仪谱线库提供的Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr元素的推荐谱线及背景等效浓度、检出限、信噪比、强度等参数，对Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr的谱线进行初选，选择2～3条灵敏线，用浓度为10μg／mL的 Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr的单标准溶液在选定的波长处进行谱图扫描，再用镍（700μg／mL）和镧的（300μg／mL）单标准溶液在同一波长处扫描，叠加谱图，观察谱线受干扰情况。

经试验发现镍镧合金中镍和镧元素对待测元素谱线有不同程度的干扰，需要选择合适的灵敏线作为分析线并选择适当位置扣背景以消除干扰，选定的结果见表1。

表1 分析线波长及扣背景点

3.3 线性范围、相关系数和检出限

根据待测样品中Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr元素的含量范围和镍镧合金基体成分，用镍进行基体匹配制备工作曲线，考察其线性范围、相关系数和检出限。

方法检出限是选用的分析方法和所用仪器进行分析的重要技术指标，它表明该方法所能检测元素的最低浓度，在确定的测量条件下对空白溶液进行了11次测定，计算其标准偏差，以3倍的标准偏差为其检出限，计算出各待测元素的检出限，见表2。

表2 线性范围、相关系数、检出限

3.5 方法的回收率和精密度

按所确定的仪器工作参数与实验方法，对镍镧合金样品作标准加入回收试验和精密度试验（n＝6），结果见表4。

表4 回收率和精密度结果%

续表4%

4 结论

对镍镧合金中杂质元素的分析进行了研究，以待测元素的背景等效浓度BEC为指标优化了仪器工作参数，包括高频功率、雾化器流量、观测高度等，考察了基体镍和主量元素镧对待侧元素的干扰情况，选择待测元素灵敏度高，干扰小的谱线为分析线Si 251.611nm、Mn 257.610nm、Mg 285.213 nm、Cu 324.752nm、Zn 213.857nm、Cd 214.440 nm、Pb 220.353nm、Zr 343.823nm，在工作曲线中用镍进行基体匹配，消除了基体镍的干扰，实现了用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP－AES）测定镍镧合金中杂质元素Si、Mn、Mg、Cu、Zn、Cd、Pb、Zr。

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