脉冲熔融-惰气保护红外法测定铁硅合金中的氧含量

郭飞飞，张 文,费 婷,侯红霞,李宏伟

(1 钢研纳克检测技术有限公司，北京 100094; 2 日照市产品质量监督检验所,山东 日照 276826)



脉冲熔融-惰气保护红外法测定铁硅合金中的氧含量

郭飞飞，张 文,费 婷,侯红霞,李宏伟

(1 钢研纳克检测技术有限公司，北京 100094; 2 日照市产品质量监督检验所,山东 日照 276826)

采用脉冲熔融-惰气保护红外法测定铁硅合金中氧含量，分别对分析功率、称样量、助熔剂、标准曲线的建立和加标回收进行了研究，研究表明：在分析功率4.5 kW、称样量0.15～0.20 g、加镍助熔剂、工具钢做校准的条件下，用脉冲熔融-惰气保护红外法测定硅铁中氧含量效果最佳。采用最佳方法对两个硅铁样品中氧进行了5次平行测定，其测定结果的相对标准偏差分别为1.90%和1.66%，使用其中一个样品进行加标实验，回收率是97%、99%和104%。

铁硅合金；氧；脉冲熔融-惰气保护；红外法

软磁性金属和合金材料用途广泛，如作电动机和发电机的极靴、变压器磁心、通信机开关电路的继电器以及电磁设备和器件中的磁性零件。纯铁和铁硅合金是当前使用较多的软磁材料[1]。通常情况下，氧在材料中是一种有害元素。因此，氧含量的测定是冶金材料的重要分析项目。材料中氧的测定方法有氢损法[2]、还原-提取法[3]、库仑法[4]、红外法[5]。脉冲加热惰气熔融-红外法快速、准确、便捷，目前有很多报道[6-8]。本文采用脉冲熔融-惰气保护红外法，选用工具钢标样绘制氧校准曲线，建立了准确测定铁硅合金中氧的方法。

1 实 验

1.1 主要仪器与材料

仪器：ONH-3000氧氮氢分析仪，钢研纳克检测技术有限公司；电子天平(万分之一精度)；载气：氦气，体积分数≥99.999%；动力气：氮气，无油污水，体积分数≥98.5%；石墨坩埚：高纯石墨套坩埚；镍囊：高纯免洗镍囊；镍薄：氧含量低且稳定。

标准样品：粉状工具钢，18XH13(ωO)=(0.063±0.004)%；18XM3/2(ωO)=(0.105±0.004)%。

1.2 分析原理

在脉冲炉高温加热的惰性气氛下，样品在石墨坩埚中熔融，发生还原反应，样品中的O以CO的形式释放，分析气经过转化炉后，CO转化为CO2，CO2在载气的携带下进入红外检测器进行检测。

1.3 实验方法

使用合适的粉末工具钢标样建立氧校准曲线，设定仪器的脱气功率：5.0 kW，分析功率：4.5 kW，称取0.10～0.15 g的硅铁粉末样品，使用镍薄包裹或放入镍囊中直接投样，点击“开始”，仪器自动分析，软件中自动显示样品中氧含量。

2 结果与讨论

2.1 工作曲线建立

由于没有铁硅合金中氧标样，选取基体相近的工具钢标样18XH13(ωO)=(0.063±0.004)%和18XM3/2(ωO)=(0.105±0.004)%，采用不同的称样量进行测定，得到氧的校准曲线，氧曲线相关系数R2=0.998，线性方程y=0.19x+1.18。

图1 校准曲线

2.2 分析条件的确定

2.2.1 分析功率的选择

分析功率选择是否合适决定着对样品的熔融效果，因此设定不同的分析功率来考察样品的熔融情况，分别设定分析功率为4.0、4.5、5.0 kW，结果如表1所示，结果可见4.5 kW时测试效果最佳。

表1 分析功率的选择

2.2.2 称样量的选择

样品称样量的多少对样品中氧的释放程度和结果的精密度都起着至关重要的作用，称样量过大可能会导致氧释放不完全，称样量过小，称量误差大，导致分析结果精密度差。文章中使用1#硅铁样品对称样量的选择做了实验，实验结果如表2所示。结果表明当称样量在0.15 g和0.20 g时精度良好，因此称样量选择0.15～0.20 g，文中实验选择0.15 g。

表2 称样量的选择

2.2.3 助熔剂的选择

助熔剂的加入可以为样品提供热量，帮助样品熔融，同时也可以承载样品，起到容器的作用。氧分析中一般使用镍、锡等作为助熔剂。本文使用1#铁硅样品进行条件实验，称取0.15 g、分析功率：4.5 kW的条件下，观察了使用镍薄,镍蓝,锡囊和镍囊等助溶剂的熔融效果。表3结果表明使用镍薄或镍囊均可，使用镍薄可节约成本，但使用前需要清洗，氧空白约50 μg/g，使用镍囊无需前处理且空白低约30 μg/g，实验中可根据需要选择，本实验选择镍囊。

表3 助熔剂的选择

2.3 检出限

氧含量测定的前提是要求空白低且稳定。氧空白值主要是由石墨坩埚、助熔剂、载气以及炉膛空白等引起的。本文在4.5 kW的分析功率下，使用高纯免洗镍囊进行测定。实验结果表明，氧空白值是0.0030%，标准偏差为0.0001%。以空白标准偏差的3倍计算出氧的检出限[9]为0.0003%，以空白标准偏差的10倍计算出氧的测定下限为0.001%。

3 样品分析

3.1 精密度实验

采用本文方法测试1#、2#硅铁样品中氧，分析功率4.5 kW, 称取0.15 g左右放入镍囊中，测定结果见表4。

表4 精密度结果

3.2 回收率实验

在1#铁硅合金进行了加标回收[10]实验，在样品中加入一定量的18XH13，结果见表5，回收率分别为97%、99%、104%，回收率结果说明文章中方法的测试数据准确可靠。

表5 回收率

4 结 论

通过实验得出，采用脉冲熔融-惰气保护红外法测定铁硅合金中氧含量，使用文中的最佳条件，测定结果的相对标准偏差分别为1.90%和1.66%，回收率在95%～105%之间，结果精密度和准确度令人满意。

[1] 姜坤良,刘先松,安健隆,等. 铁硅合金及铁基磁粉心的磁性能及应用[J].磁性材料及器件,2011,42(6):11-15.

[2] GB/T 5158-1999 金属粉末 在氢中还原时质量损失的测定(氢损)[S].

[3] GB/T 5158.4-2001 金属粉末 总氧含量的测定 还原-提取法[S].

[4] 何英.脉冲加热库仑定氧法测定掺杂钨粉中的氧[J].稀有金属与硬质合金,2010,38(2):62-63.

[5] 侯红霞，杨倩倩，郭飞飞.脉冲加热惰气熔融-热导法测定金刚石微粉中的氧氮含量[J].超硬材料工程,2015,27(6):5-8.

[6] 朱跃进.脉冲红外法测定纳米材料中总氧和氧分量[J].冶金分析,2003,23(2):11-14.

[7] 刘伟，王应进，蔡文云，等.脉冲红外和热导检测法测定银铜合金中氧、氮含量[J].贵金属,2011,32(1):44-47.

[8] 刘伟,刘文,韩守礼,等. 脉冲红外和热导检测法测定钌粉和钌靶中氧、氮含量[J]. 贵金属,2013(4):53-56.

[9] 冉敬,杜谷,杨乐山,等.关于检出限的定义及分类的探讨[J].岩矿测试,2008,27(2):155-157.

[10]张虹.加标回收率的测定和结果判断[J].石油与天然气化工,2000,29(1):50-52.

Determination of Oxygen in Iron-silicon Alloy by Pulse Molten-inert Gas Protection Infrared Method

GUOFei-fei1,ZHANGWen2,FEITing2,HOUHong-xia1,LIHong-wei1

(1 NCS Testing Technology Co., Ltd., Beijing 100094; 2 Rizhao Institute of Supervision and Inspection on Product Quality Post Code,Shandong Rizhao 276826, China)

Oxygen in iron-silicon alloy was determined by pulse molten-inert gas protection infrared method. Heating power, sample mass, flux, the establishment of the calibration curve and recovery were studied. The best experiment condition was 4.5 kW、 0.15～0.20 g ferrosilicon, adding some nickel flux, the calibration sample was tool steel. Oxygen in the two iron-silicon alloy was determined, the relative standard deviation (RSD, n=5) was 1.90% and 1.66%, recovery rate was 97%, 99% and 104%.

iron-silicon alloy; oxygen; pulse molten-inert gas protection; infrared method

郭飞飞(1985-)，女，工程师，从事材料分析。

O657.33

A

1001-9677(2016)022-0104-03