脉冲加热——热导法测定金属中氢含量的研究

商雪松，仇慧群，郭　恺（齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔161002）

脉冲加热
——热导法测定金属中氢含量的研究

商雪松，仇慧群，郭恺
（齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔161002）

通过使用G8 GALILEO氢分析仪进行金属合金中氢的测定，并结合本公司冶炼产品生产的工艺需求，依据GS/T223.82-2007国家标准分析方法，形成氢含量的测定方法。经过条件实验和对比实验，最终确定了最佳实验方法，试样精密度实验重复性好，RSD＜6%。

金属；脉冲加热；热导法；氢含量

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

金属中氢主要来自冶炼过程炉料中的水分和潮湿的空气，通过与金属熔池和金属浇注接触，在金属被氧化的同时分解出氢，氢含量过高会出现“白点”或“氢脆”，易发生脆性断裂。因此，氢在现今金属材料分析中占据重要地位。

1　仪器和试剂

1.1氢分析仪的原理

氢分析仪：德国布鲁克公司G8 GALILEO氢分析仪，测试精度0.1ppm，该仪器采用脉冲电极炉加热，试样投入到已预脱气的炽热石墨坩埚中，加热熔融后，载气将释放的气体带入检测器经热导法检测。计算机控制分析全过程，自动积分计算出样品中的氢含量并显示测定结果。

试样在氩气保护下，投入经脱气后的石墨坩埚。样品中的氧与石墨生成CO，经舒茨试剂将其氧化成CO2，再被碱石棉吸收。氢以气体形式释放，进入热导检测器，由热导检测后，计算机直接换算成氢含量，以ppm显示结果，由于采用脉冲电极炉加热和热导检测器检测，故本方法称为脉冲热导法。

1.2试剂

舒茨试剂，碱石棉，无水高氯酸镁，石墨坩埚。

标准物质：氢标准物质AR556，YSBS20602-2008。

2　试样的制备

其一，根据我公司应用金属产品中氢含量低以及G8 GALILEO氢分析仪进样炉体结构特点，将试样加工成φ4～5mm，长度在80～100mm的圆棒。经实验表明，车床加工的转速、进刀量、走刀速度以及车削次数都对氢的测定结果有影响，因此本文对试样加工有选择要求。

试样加工步骤及要求：A.试样加工前要用丙酮清洗刀具及试样。B.将试样一端约φ15～20mm夹入车床（也可做试样标识），另一端加工成φ4～5mm，长度在80～100mm的圆棒。C.试样表面切削深度大于0.3～0.5mm。

其二，加工后的样品立即分析，不要延误，以免氢的扩散和逸出。不马上分析的试样，应贮存在冷冻剂中，较为合适的方式是用液态氮或者丙酮和二氧化碳干冰的膏剂保存，也可贮存干燥器皿中。

其三，实验表明试样分析表面受到油、脂、碳氢化合物或水分的污染会严重影响测量结果的准确度，因此应在分析前用四氯化碳或丙酮对试样进一步清洗除去，冷风吹干。

3　试样称量质量的确定

由于我公司生产冶炼产品工艺要求氢的质量控制小于6ppm，GS/T223.82-2007国标分析方法采用单点校正，消除空白的实验方法，因此经实验证明试样的称量与标准物质越接近，测定的测量结果越准确。

4　分析参数的选择

本实验采用美国生产的标准物质AR556，（6± 0.5）ppm和不锈钢YSBS20602-2008，（3.55±0.15）ppm，及我公司生产冶炼产品，编号：23-2-5-1453 -6504在不同控温度下进行分析，结果见表1。

表1　控温数据统计表Tab.1　Temperature data table

由表1数据可以看出，控制温度在1400℃～1450℃时有少部分样品没有得到熔化氢没能完全释放出来，因此测定的样品结果偏低；控制温度在1 650℃～1 700℃时样品虽已完全熔化，但观察分析后的石墨坩埚发现样品较脏，略有渗碳现象，控制温度在1 500℃～1 600℃时标准物质的测定结果在误差范围。钢材的熔点是1 420℃～1 600℃，因此该实验选择分析控制温度为1 550℃。

5　精密度实验

对美国生产的标准物质AR556，YSBS20602-2008，以及我公司生产的进行10次分析，结果见表2。

表2　：精密度实验表Tab.2　Precision experiments table

标准物质AR556重量平均值为1.0420g，平均值为5.92ppm，相对偏差（s）为0.13，相对标准偏差为2.11%，本实验方法精密度良好。

6　结论

金属中氢的含量很低，钢铁及合金中含氢量一般小于10ppm。布鲁克生产的G8 GALILEO氢分析仪，参数设置中独具有温度设置功能，可以非常直观设置分析温度，这样就可以根据不同金属材料试样熔化温度的不同，对所分析试样温度设置，因此，本实验方法可以准确测定金属中氢含量。

［1］GS/T223.82-2007，钢铁氢含量的测定惰气脉冲熔融热导法［S］.

［2］G8 GALILEO氢分析仪说明书［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