ICP-AES法测定Ti-45Nb合金中铁、硅、铬、镁和锰等杂质元素

庞晓辉 高 颂 许维兵 房丽娜

(1.中国航发北京航空材料研究院，北京100095；2.航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京100095；3.材料检测与评价航空科技重点实验室，北京 100095)

ICP-AES法测定Ti-45Nb合金中铁、硅、铬、镁和锰等杂质元素

庞晓辉1,2,3高 颂1许维兵1房丽娜1

(1.中国航发北京航空材料研究院，北京100095；2.航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京100095；3.材料检测与评价航空科技重点实验室，北京 100095)

介绍了采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定Ti-45Nb合金中杂质元素铁、硅、铬、镁、锰的方法，样品采用盐酸、氢氟酸加硝酸溶解，溶解温度控制在室温或水浴70℃以下。进行了仪器工作参数和待测元素分析线的选择试验，确定了仪器最佳工作条件, 考察了合金基体钛和共存元素铌对待测元素的影响，确定了各待测元素分析线分别为Fe238.204 nm ，Si251.611 nm，Cr205.560 nm，Mg279.533nm,Mn260.568nm。通过基体匹配消除基体的影响，实现了用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛铌合金中铁、硅、铬、镁、锰元素的含量。进行了加入回收试验，回收率在90～120%之间，方法的检出限是0.0006 ～0.008μg/mL，相对标准偏差小于10%。

电感耦合等离子体原子发射光谱法 Ti-45Nb合金 杂质元素

1 引言

先进飞机选用越来越多的钛合金和复合材料，作为复合材料连接件的钛合金紧固件的用量也随之增加，钛合金紧固件代替部分比其强度较低的钢制紧固件，取得了明显的减重效果，钛合金具有优异的耐腐蚀性能，特别是它的正电位性能恰好与碳纤维复合材料相匹配，有效地防止了紧固件的电偶腐蚀。这一特性是任何其他材料所无法取代的，因此钛合金紧固件迅速发展、用量逐年增加，目前大量采用Ti-45Nb合金作为紧固件用材料，即含45%铌的钛铌合金。Ti-45Nb合金综合性能均高于纯钛，进一步降低飞机的结构质量、提高连接部件的可靠性以及延长飞机的设计使用寿命[1]。Ti-45Nb合金不仅要严格控制铌含量范围，合金中杂质元素如铁、硅、铬、镁、锰等元素也需要严格控制在0.01%或0.03%以下[2]，准确测定Ti-45Nb合金中杂质元素有迫切需求，有文献报道测定铌钛合金杂质元素[3]，，采用的是原子发射光谱法的摄谱法，样品和标准制备成粉末装入特制的石墨电极中，用直流弧光光源激发，用摄谱仪摄取谱片，用测微光度计测量谱线黑度进行分析，操作过程相对繁琐。

电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)具有线性范围宽、检出限低、灵敏度高、快速简便的特点，在钛合金材料分析中被广泛应用[4-8]。但Ti-45Nb合金中由于铌的含量高，存在样品溶解困难，光谱干扰严重等问题，未见有用ICP-AES分析Ti-45Nb中杂质的文献。本实验采用ICP-AES对Ti-45Nb合金中杂质元素的测定进行了研究，对Ti-45Nb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Ti-45Nb合金中铁、硅、铬、镁、锰的分析方法，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；正向功率：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：Fe238.204 nm ，Si251.611 nm，Cr205.560 nm，Mg279.553nm,Mn260.568nm。

2.2 试剂

铁、硅、铬、镁、锰的单元素标准储备液1.00 mg/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。

所用器皿烧杯为聚四氟乙烯材料，容量瓶为塑料容量瓶，实验用盐酸、硝酸、氢氟酸均为优级纯,水为二次蒸馏水,基准物钛、铌纯度大于99.95%。

2.3 实验方法

称取0.1000g样品置于150mL烧杯中，加入10mL盐酸、1mL氢氟酸1mL硝酸，室温下溶解或水浴控温70℃以下溶解完全，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按Ti-45Nb合金中钛和铌的量进行基体匹配，酸度匹配。

2.4 测定

于Optima5300V型光谱仪上，在选定的工作条件下测量，以浓度为横坐标，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 样品的溶液的制备

一般钛合金可以用稀硫酸溶解[9]或者采用盐酸加氢氟酸溶解，而金属铌只溶于加有硝酸的氢氟酸中，对Ti-45Nb合金样品溶解方法进行了试验，分别采用稀硫酸，盐酸加氢氟酸，硝酸加氢氟酸、盐酸加硝酸再加氢氟酸的不同混酸组合进了试验，比较了溶解效果。试验表明采用盐酸、氢氟酸加硝酸溶解方法可较好溶解Ti-45Nb合金样品，样品溶解完全，溶解速度快，溶解过程中控温70℃以下，以防硅元素损失。本方法采用盐酸、氢氟酸加硝酸的溶解方法进行样品处理。

3.2 分析谱线的选择

待测元素谱线应免受光谱干扰、足够的线性范围、灵敏度高，根据电感耦合等离子体发射光谱图册[10]提供的铁、硅、铬、镁、锰等元素的推荐谱线及背景等效浓度、检出限、信噪比等参数，对铁、硅、铬、镁、锰的谱线进行初选，选择2～3条灵敏线考察，用浓度为1μg/mL的铁、硅、铬、镁、锰的单标准溶液在选定的波长处进行谱图扫描，再用Ti(0.55 mg /mL) 和Nb(0.45 mg /mL)元素溶液在同一波长处扫描，叠加谱图，观察谱线受干扰情况，结果见表1。

表1 谱线受干扰情况

经试验发现钛和铌对待测元素谱线有不同程度的干扰，需要选择合适的谱线并选择适当位置扣背景以消除干扰，选定的结果见表2。

表2 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Ti-45Nb合金样品中铁、硅、铬、镁、锰的含量范围和基体成分，进行基体匹配制备校准曲线,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3。

表3 线性范围、相关系数、检出限

3.4 方法的准确度和精密度

按所确定的仪器工作参数与实验方法，对Ti-45Nb合金样品进行测定并做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，精密度 %

4 结论

本方法采用ICP-AES法进行了Ti-45Nb合金中杂质元素铁、硅、铬、镁、锰测定研究，试验确定了用盐酸、氢氟酸加硝酸的溶解方法进行样品处理，使样品快速完全溶解，选择灵敏度高，干扰小的谱线为分析谱线，通过基体匹配消除光谱干扰。加入回收试验回收率在90～120%之间，方法的检出限是0.0006～0.008μg/mL，本方法快速、准确,可用于Ti-45Nb合金中杂质元素铁、硅、铬、镁、锰的测定。

[1]王新南，朱知寿，商国强，等.紧固件用Ti-45Nb合金热处理工艺研究[J].钛工业进展, 2010,12 27(6): 24-27.

[2]商国强，王新南，唐斌，朱知寿. 紧固件用Ti-45Nb合金丝材的性能评价.中国有色金属学报,T 2010,10 20(1): 70-73..

[3]成勇.ICP-AES测定钛合金中硅钒铁铝镍钼[J]．稀有金属材料与工程，2012，41(10)：1871-1874．

[3]李波，王辉，魏宏楠，等.发射光谱法测定铌钛合金中杂质元素含量[J]．Ti工业进展，2011.2，28(1)：30-33．

[4]李慧芝，翟殿棠，许崇娟，等．发射光谱法同时测定钛基复合材料中的镍铁钼锰和硼的研究[J]．光谱学与光谱分析，2007，27(6)：1204-1206．

[5]羊送球，黄永红．ICP-OES法测定钛合金中硼含量EJ]．钛工业进展，2006，23(2)：35-36．

[6]杜米芳.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛合金中硼[J].冶金分析,2010，(11)：30-35.

[7]杜米芳，李治亚，李景滨，等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定海绵钛合铁硅锰镁[J].冶金分析2009，29(7)：24-27.

[8]吴世凯.ICP-AES法同时测定钛合金中八种元素的研究. 特钢技术，2007.(4)：38-40.

[9] HB 7716.1～14-2002《钛合金化学成分光谱分析方法》“第13部分:电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定铝、铬、铜、钼、锰、钕、锡、钒、锆含量”和“第14部分:电感耦合等离子体原子发射光谱法测定微量钇含量”.

[10] Wing R K, Fassle V A，Peterson V J，Floyd M A. 电感耦合等离子体发射光谱图册[M]，钱国贤，黄鑫泉，孟广政译.中国光学学会光谱学会，1986.

信息简讯

如海光电推出手持拉曼新品A3000Plus 可批量生产

日前，上海如海光电科技有限公司发布新品手持式拉曼危险品物项检查仪 EVA 3000Plus。据悉，这是一款邢侦反恐、缉毒防疫专用的安检仪器，用于液体、固体、粉末及水溶液等各种形态的爆炸物、毒品、易制毒化学品、酒精及精神类药品等样品的拉曼谱图检出。

据相关负责人介绍，这款产品的元部件全部国产化，可以实现批量制造；在价格方面，产品的终端官方报价17.5万元(含税)。

据悉，这款产品虽然刚刚推出，但是目前已经有3个订单的预销售，主要是在公安系统。

(上海如海光电科技有限公司)

Determination of impurity elements Fe, Si, Cr,Mg and Mn in Ti-45Nb Alloy by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.

Pang Xiaohui1,2,3,Gao Song1,Xu Weibing1,Fang Lina1

(1.AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials, Beijing 100095,China; 2.Beijing Key Laboratory of Aeronautical Materials Testing and Evaluatin, Beijing 100095,China;3.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Aeronautical Materials Testing and Evaluation, Beijing 100095,China)

The analytical lines were Fe 238.204 nm,Si 251.611nm,Cr 205.560 nm, Mg 279.553 nm and Mn 260.568 nm respectively ,the effects of matrix and coexist elements on the determination were dissolved. The matrix effect was corrected by matrix matching. The detection limit is 0.0006-0.008 ug/ml，the recovery rate is from 90% to 120%, the RSDs are less than 10%.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry； Ti-45Nb alloy ；impurity elements

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.04.016

2017-03-14

庞晓辉，男，1964年出生，技师，本科，从事材料化学成分分析研究工作，E-mail:pangxiaohui136@sina.com。