电感耦合等离子体原子发射光谱法测定合金化热镀锌钢板镀层重量及合金化率

梁　雪

(广州JFE钢板有限公司，广东 广州 511464)



电感耦合等离子体原子发射光谱法测定合金化热镀锌钢板镀层重量及合金化率

梁雪

(广州JFE钢板有限公司，广东 广州 511464)

提出了一种用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定合金化镀锌钢板镀层重量及合金化率的分析方法。将钢板镀层剥离下来，选择206.200、259.941、396.152 nm分别作为Zn、Fe、Al的分析谱线，在优化的试验条件下用ICP-AES测定剥离液中Zn、Fe、Al的含量。其信号强度与Zn、Fe、Al的质量浓度分别在0.054～500、0.0095～70、0.0454～5 mg/L范围内呈线性关系。方法的回收率在95%～105%之间，相对标准偏差在0.57%～1.2%之间，不同方法间测定值一致。

电感耦合等离子体原子发射光谱法； 合金化镀锌钢板； 镀层重量； 合金化率； 剥离

合金化热镀锌钢板(Galvannealed sheet steel,简称GA钢板)是镀锌板在出锌锅之后经过气刀在镀层没有凝固之前进入合金化加热炉，通过镀层锌、基体铁之间的扩散形成锌铁合金镀层。与镀锌钢板比较，合金化镀锌钢板具有更好的焊接性、耐热性、涂着性、耐腐蚀性和成形性。但其也有不足之处，合金化镀层的组成相主要是锌铁合金，锌铁合金在室温下基本都是脆性的，因此镀层在成形时易发生粉化和剥落，镀层的合金化率即Fe的浓度对镀层的加工性、涂膜粘附性、涂装后耐蚀性等均有较大影响。因此，镀层重量及合金化率是GA钢板两大重要质量指标，在实际生产中必须进行检测。

目前实验室多为分别检测锌层重量及合金化率(下称wt(Fe%))，镀层重量的测定方法为GB/T 1839-2008钢产品镀锌层质量试验方法(下称重量法)，Fe含量的测定方法则采用电感耦合等离子体发射光谱仪，步骤繁琐，耗时多。本方法采用ICP测量镀层剥离液中各元素(Zn、Fe、Al)含量，进而一举得出镀锌量及Fe含量。本方法省略了重量法中的称重等过程，操作更加简便、快速，测量结果准确，能很好地满足繁重生产中镀层重量及Fe含量的日常检测。

1　实验部分

1.1主要仪器及试剂

SPECTRO GENESIS电感耦合等离子体发射光谱仪；冲床；剥离装置；微波清洗仪。

锌、铁、铝单元素标准溶液：各元素浓度均为1 000 mg/L(纳克)；盐酸(优级纯)；六次甲级四胺(分析纯)；丙酮。

试验用水为超纯水(电阻率大于18.0 MΩ·cm)。

1.2试验方法

1.2.1试样及试液准备

试样采用冲床冲压为Φ47 mm的圆片样品，并于微波清洗仪中采用丙酮清洗。

镀层剥离液：采用电子天平称取3.5 g六次甲级四胺，溶于500 mL盐酸中，并定容至1 L。

配制镀层成分检测标准溶液，见表1。

表1　镀层成分检测标准溶液元素浓度表

1.2.2试验过程

将试样放入剥离装置中固定，倒入30 mL剥离液，待反应完后，将剥离液转移至容量瓶中，纯水定容至250 mL，摇匀待用。

按照1.2的工作参数，在电感耦合等离子体原子发射光谱仪上，先进行标准溶液曲线的绘制，再检测样品中的各元素含量。

1.2.3结果计算

测量出镀层剥离液中各元素的浓度后，按照公式(1)、(2)计算镀层重量及wt%(Fe)。

镀层重量CW=(Czn+CFe+CAl)*V/A

(1)

合金化度wt%(Fe) =CFe/(CZn+CFe+CAl)*100%

其中，CW:镀层重量，g/m2;

Czn: 镀层剥离液中Zn的浓度,mg/L;

CFe: 镀层剥离液中Fe的浓度,mg/L;

CAl: 镀层剥离液中Al的浓度,mg/L;

V：镀层剥离液定容体积，为0.25L；

A：样品剥离面积，A=πD2/4=3.141 592 6*0.047 2/4 m2=0.001 735 m2.

2　结果与讨论

2.1分析谱线的选择

在选择分析谱线时遵循能够避开干扰、合理扣除光谱背景的原则，仔细观察谱峰，尽量选择光谱干扰小、发射峰峰型尖锐的谱线作为分析线。根据以上原则，结合谱线强度、干扰情况等，最终选择谱线见表2。

表2　元素最佳谱线表

2.2工作参数的选择

在ICP-AES光谱分析中，仪器工作参数包括氩气流量、高频发生器功率、进样时间、重复测量次数等。为了使仪器处于最佳分析状态以得到最准确的分析结果，需要对仪器工作参数进行优化。表3是优化后的仪器工作参数。

表3　最佳仪器工作参数

2.3校准曲线的线性和测量范围

在优化条件下，对镀层标准溶液系列进行测定，建立了Zn、Fe、Al的标准曲线。校准曲线的线性方程、线性相关系数和方法的测定范围见表4。

表4　校准曲线的线性方程、线性相关系数和方法的测定范围

2.4精密度试验

在优化条件下，用建立的方法，对同一样品进行10次独立测定，并计算结果的标准偏差和相对标准偏差，结果见表5。

表5　精密度试验结果

2.5回收率试验

选择某一样品，按照方法进行测定，同时加入一定量的待测元素标准溶液进行回收率试验，结果见表6。

表6　回收率试验结果

3　样品分析

按照方法测定样品镀层剥离液中的Zn、Fe、Al含量，并计算出镀层重量及wt%(Fe)。将结果与重量法得出的数值进行比对，结果见表7。

表7　不同方法结果比对

4　结论

本方法的测定结果与重量法的测定结果基本一致。本方法具有较高的测定准确度。方法精密度满足要求，各元素的加标回收率在95%～105%之间。本方法省略了重量法中的称重等过程，操作更加简便、快速，测量结果准确，能很好地满足繁重生产中镀层重量及Fe含量的日常检测。

[1]吕家舜，李锋，刘仁东等.合金化热镀锌钢板的性能影响因素及研究进展.热加工工艺，2010，39(24):154-155.

[2]严谨.热镀锌钢板合金化控制技术.钢铁研究，1985(12):112-113.

[3]余金山，张津徐，吴建生等.汽车用热镀锌钢板镀层的性能综述.理化检验-物理分册，2005，41(7)：325-335.

[4]顾明元，金燕苹，周亚梅.影响合金化热镀锌钢板成形性的因素.钢铁研究学报，1998(6)，10(3)

[5]GB/T 1839-2008 钢产品镀锌层质量试验方法.

[6]GB/T 12689.12-2004 锌及锌合金化学分析方法 铅、镉、铁、铜、锡、铝、砷、锑、镁、镧、铈量的测定 电感耦合等离子体-发射光谱仪.

[7]白石花，莫平英，陈吉祥.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锌铝合金中锡铅铁.冶金分析，2014，34(11):77-80.

[8]方亮. 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钢丝黄铜镀层中铝磷锰铁镍砷锡锑铅.冶金分析，2014，34(8):67-72.

The Determination of Coating Weight and Alloying Ratio in Galvannealed Sheet Steel by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

LIANG Xue

(Guangdong JFE Steel Sheet Company LTD.,Guangzhou 511464,China)

A new method for the determination of coating weight and alloying ratio in galvannealed sheet steel by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP-AES)was proposed.The zinc plating was peeled off from steel .Wave-lengths of 206.200,259.941 and 396.152 nm were selected as analytical lines for the determination of Zn,Fe and Al.Under the optimized experimental conditions,these elements were determined with ICP-AES.The signal intensity of these elements showed a liner relationship with their mass fraction in the ranges of 0.054-500 mg/L for Zn,0.0095-70 mg/L for Fe and 0.0454-5 mg/L for Al.The recoveries of the method were in the ranges of 95%-105% and the relative standard deviation(RSD) was in the ranges of 0.57%-1.2%.The found values of different methods agreed well with each other.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry; galvannealed sheet steel; coating weight; alloying ratio; deplating

梁雪(1989-),女,湖北天门,大学本科.

TF704.2

A

1671-3818(2016)01-0029-03