一种未知阻焊剂的成分分析

(北京市理化分析测试中心，有机材料检测技术与质量评价北京市重点实验室，北京市科学技术研究院分析测试技术重点实验室，北京， 100089)

超塑成形/扩散连接(Superplastic Forming/Diffusion Bonding, SPF/DB)工艺是一种先进的塑性加工新技术，在一些传统方法难以成型或者形状复杂的薄壁构件的生产中起到了不可替代的作用。与传统制造工艺相比，采用SPF/PD工艺制造各种零部件可以显著降低结构重量，生产成本，零件数量，并且整体结构设计自由度大、成形精确、无残余应力。超塑成形/扩散连接构件采用气体加压扩散连接，对非扩散连接区也同时施加了扩散压力，为防止这些非扩散区域被扩散连接上，必须在非扩散区涂上起隔离和润滑作用的阻焊剂[1-4]。本实验综合利用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜X-射线能谱仪、X-射线粉末衍射仪、热裂解气相色谱-质谱联用仪对一种白色粘稠状未知阻焊剂的化学成分进行测试，通过对测试结果的综合分析，确定出该阻焊剂的组成及配比。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

PerkinElmer spectrum 400 傅立叶变换红外光谱仪(美国Perkin Elmer)；Hitachi S4800冷场发射扫描电子显微镜/EMAX-350能谱仪(日本Hitachi)；D8 advance X-射线粉末衍射仪(德国Bruker)；Shimadzu EGA/PY-3030D-GCMS-QP2010ultra热裂解/气相色谱-质谱联用仪(气相色谱质谱联用仪：日本Shimadzu；热裂解进样器：日本Frontier)。

丙酮，分析纯，国药集团化学试剂北京有限公司。

1.2 实验条件

红外光谱仪：ATR模式，扫描波长650nm～4000nm，分辨率4cm-1，扫描次数32；

能谱仪：加速电压5kV；

X-射线粉末衍射仪：扫描范围3～90゜，扫描速度4゜/min；

热裂解采样：将约1mg样品装入裂解仪，分别在250℃和600℃热裂解10s，热裂解氛围为真空，一次进样；

色谱条件：GC/MS条件 HP-5MS石英毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm)；进样口温度280℃；载气：高纯氦气；载气流速：1mL/min(恒流)；进样模式：分流(10:1)；升温程序：35℃保持3min，保持5min，20℃/min升至280度，保持5min；GC/MS接口温度280℃；质谱采集范围m/z 33～800；EI离子源电离能量，温度230℃。

1.3 实验方法

样品处理示意图如图1所示。

图1 样品处理示意图

1.3.1 定性分析

样品摇匀后首先进行红外光谱(FTIR)扫描，并分别在低温(250℃)和高温(600℃)下进行热裂解/气相色谱质谱联用(PY-GCMS)分析；然后样品经过5次丙酮洗涤离心得白色沉淀物，对沉淀物烘干得白色粉末状固体，将白色粉末状固体进行扫描电子显微镜X-射线能谱(EDX)和X-射线粉末衍射(XRD)分析。

1.3.2 定量分析

准确称量100g样品，样品用丙酮洗涤离心，重复5次。将洗涤后白色沉淀放入105℃恒温烘箱中烘干24小时。取出，盖好，快速移入干燥器内冷却至室温，称重。

2 结果与讨论

2.1 样品中有机组分结构的确定

样品红外光谱结果见图2。红外谱图在2983、2937、2881、2817cm-1处的谱带属于甲基(-CH3)和亚甲基(-CH2-)的伸缩振动，1734cm-1处的谱带属于羰基(C=O)的伸缩振动，1369cm-1处的谱带属于甲基(-CH3)的弯曲振动，1237cm-1处的谱带属于O-C=O中C-O的伸缩振动，1112cm-1处的谱带属于HC-O中C-O伸缩振动，结合1017、965、806cm-1处的吸收特征推测样品中含有醋酸酯类物质。

图2 样品红外光谱图

样品250℃裂解的总离子流色谱图及裂解峰的质谱结果如图3所示。对谱峰的质谱图进行检索，与图库中丙二醇单甲醚醋酸酯标准质谱图(图4)匹配度为97%，其特征离子有m/z45，58,，72，87，分子离子峰为m/z117，可以确定样品中含有丙二醇单甲醚醋酸酯。样品600℃裂解的总离子流色谱图中无明显色谱峰，说明样品中不含其它高分子有机成分。

图3 样品250℃裂解的总离子流色谱图及裂解峰质谱图

图4 丙二醇单甲醚醋酸酯标准质谱图

2.2 样品中无机组分结构的确定

白色粉末扫描电子显微镜X-射线能谱分析结果如图5所示，可见白色粉末中主要含有氮和硼两种元素，少量氧和硅元素怀疑为杂质。

图5 白色粉末扫描电镜X-射线能谱谱图

白色粉末红外光谱分析结果如图6所示，主要在785和1343cm-1处出现两个强的特征吸收峰。

图6 白色粉末红外光谱谱图

X-射线粉末衍射结果如图7所示，主要在28Å出现一个强的衍射峰。

图7 白色粉末的X-射线衍射谱图

结合红外光谱和X-射线粉末衍射结果据通过与文献比对，得出该白色粉末状物质为主要为三方相氮化硼(r-BN)。三方相氮化硼晶胞参数a=2.504Å，c=10.03Å，1343cm-1处的吸收峰对应B-N伸缩振动，785cm-1处的峰对应B-N弯曲振动，另外红外光谱上1109cm-1处的吸收峰可能属于正交相氮化硼。

如上所述，扫描电子显微镜X-射线能谱分析、红外光谱分析和X-射线粉末衍射分析结果相吻合，共同确定了白色粉末物质为氮化硼(BN)。

2.3 定量分析

准确称量100g样品，样品用丙酮洗涤离心，重复5次。将洗涤后白色沉淀放入105℃恒温烘箱中烘干24小时。取出，盖好，快速移入干燥器内冷却至室温，称重。进行两次平行测定，得平均固含量约为27g。由此计算出样品中各种分含量：丙二醇单甲醚醋酸酯约占73%，氮化硼约占27%。

3 结论

通过结合红外光谱分析、热裂解/气相色谱质谱联用分析、扫描电子显微镜X-射线能谱分析和X-射线粉末衍射分析方法对一种未知成分止焊剂进行分析测试，根据测试结果，分析出该产品中所含有的各种成分及含量。该结果不仅解析了该产品的配方，对了解和掌握该种产品的性能，以及与同类产品进行比较提供了可靠的资料。本实例进一步证明，通过利用现代大型分析仪器综合分析方法，可以有效地对未知成分样品进行剖析。

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