ON736氧氮测定仪测定铜铬合金中氧氮含量

(西安汉唐分析检测有限公司 ，宝鸡 721014)

铜铬合金是指以铜为基体, 加入铬和其它少量合金元素形成的一系列合金。因其热处理后具有较高的强度和硬度, 良好的导电导热性及抗腐蚀性,主要用于制备电阻焊电极触头材料集成电路引线框架、 电车及电力火车架空导线、电动工具的转向器大型高速涡轮发电机转子的转子导线电工插头、开关、 电动机集电环等要求有高电导率高强度的产品[1-6]。铜铬合金也用于与导电性无直接关系的热交换环境中。例如, 连铸机结晶器内衬, 还可作为耐磨材料在轴承、夹钳、螺栓等中使用[7]。铜铬合金应用于触头材料，作为电器开关、仪器仪表等的接触元件时，其性能好坏直接影响开关电器的可靠运行[8]。其中气体成分(主要是氧和氮)的含量是一项很重要的性能指标，当氧和氮含量过高时，它们在高温下从材料中释放出来，大大降低真空灭弧室中的真空度[9]。因此,准确测定铜铬合金中氧、氮量具有重要意义。国家标准[10]要求铜铬电触头材料氧含量小于0.050%，氮含量小于0.0050%或0.0040%。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

钛标准样品(501-047ω，(O)=0.047%ω，(N)=0.008% LECO)；

钢标准样品(501-646ω，(O)=0.022%ω，(N)=0.0042% LECO)；

铜标准样品(501-147ω，(O)=0.0234% LECO)

混合酸：28mL磷酸 (ρ1.69g/mL)，10%mL硝酸(ρ1.42g/mL)，62mL冰乙酸(ρ1.05 g/mL)；盐酸(分析纯)，无水乙醇(分析纯)，去离子水。

高纯镍篮(1.0 g)；光谱纯石墨套坩埚。

ON736氧氮测定仪(LECO)。

1.2 实验原理

将试样放入镍篮中,加入已脱气的石墨坩埚中，在氦气保护下加热熔融试样。氧在高温下被石墨还原出来生成CO，利用灼热的 CuO 试剂将其氧化成 CO2，进入红外吸收池中检测。氮以N2形式释放出来，随同氦气进入热导池中检测。

1.3 试验方法

试样预处理：将铜铬合金试样剪成质量在0.06～ 0.14 g的小块[11]，用四氯化碳洗净冷风吹干待用。

仪器参数设置：脱气时间20s，分析延迟25s，氧分析时间为30s、氮分析时间为34s，积分延迟10s。

将仪器预热至各参数稳定后，通气20分钟进行分析。测定仪器空白，选择适当的标准样品分析3次，校准仪器。将试样称重后装入镍篮中进行测定。

2 结果和讨论

2.1 标样及助熔剂选择

铜铬合金标样未见报道，选择3种标准样品，分别为钢标准样品(501-646ω，(O)=0.022%ω，(N)=0.0042% LECO)；铜标准样品(501-147ω，(O)=0.0234% LECO)；钛标准样品(501-047ω，(O)=0.047%ω，(N)=0.008% LECO)，在优化条件下对仪器进行了校准，然后对同一铜铬合金样品进行测试(表1)。

表1 采用不同标样校准氧氮分析值

选择的3种标样校准仪器时，对样品中氧含量的分析结果影响不明显。选择钢标样校准仪器时，由于未采用镍篮作助熔剂，熔融时样品中的氮不能完全释放，导致氮含量分析结果明显偏低。周海收等[12]比较了不同助熔剂的效果，试验证明采用高纯镍篮作助熔剂能得到最稳定的测试结果，本实验亦将镍篮确定为最佳助熔剂。

2.2 分析功率

分析中固定脱气功率5800W，分析功率4400～5200W，考察不同分析功率下标样和样品的测定结果，见表2。

表2 不同分析功率下标样和样品测定结果

由于标样和样品性质存在差异，设置的分析功率需保证标样和样品都释放完全。由表可见，分析功率设定在4400～5200W之间，标样及样品氮含量的测定值都随着分析功率的降低而下降。分析功率在4400～4800 W之间，标样和样品的氧含量测定值随着分析功率的升高而升高，分析功率继续,标样和样品的氧含量分析结果变化不大，氮含量分析结果略有升高。考虑到分析功率太大时样品挥发量较大，造成的仪器损耗和能耗都大，采取分析功率4800W最为适宜。

2.2 表面处理对结果的影响

国标对无氧铜的表面处理作了规定，裸露在空气中的铜铬合金亦易氧化，氧化的铜铬合金失去光泽，对氧的测定影响较大[13]。表面处理一般分为机械法和化学法，对于不规则的小块试样，化学法更为方便。故直接采用化学法处理。实验研究了表面处理对铜铬合金的影响，比较了使用不同方法处理后氧氮含量的变化。方法1：样品仅四氯化碳清洗；方法2：采用混合酸处理；方法3：1∶1盐酸腐蚀1分钟，去离子水冲洗，乙醇浸泡冷风吹干。表3比较了1#(CuCr50)、2#(CuCr25)两种样品不同方法处理结果。

表3 表面处理对结果的影响

由表3可见，样品表面经不同化学法处理后氧含量都有所下降，2#样品氮含量反而升高。实验中发现，2#样品由于含铜高，采用方法2处理后，合金表面铜大量溶解而铬未溶解，合金表面失去原有光泽，形成较多微孔，硝酸根离子浸入不易洗净，造成氮含量升高。有文献[14]表明，氧在铜铬合金中存在偏析，在强酸中，表面铜的大量溶解也造成氧含量的下降。采用国标[15]对不同处理的铜铬合金进行铬含量测定，测定结果见表4。

表4 不同方法处理后样品铬含量

结果表明，采用方法3处理后两种样品中铬含量未明显变化，表明铜含量未显著变化，采用方法2处理后，2#样品铬含量明显升高，说明试样表面铜大量溶解，综合考虑，采用方法3处理样品更合适。

2.3 精密度

综合以上实验条件，对1#、2#样品进行精密度试验，结果见表5。

2.4 回收率试验

称取0.06g 1#、2#样品，按照实验方法进行测定，分别向其中加入约0.03g钛标样进行加标回收试验，结果表明，氧的回收率为94% ～105%，氮的回收率为93%～103%，结果见表6。

表5 精密度实验

表6 加标回收率实验

2.5 空白实验

按照实验方法连续进行11次空白试验，氧的空白平均值为0.00042%，空白标准偏差为0.00020%；氮的空白平均值0.00009%，空白标准偏差为0.00012%，以10倍空白标准偏差计算，得到氧和氮的测定下限分别为0.0020%和0.0012%。

3 结论

以钛合金标样校正仪器，采取分析功率4800W测铜铬中的氧、氮 含量,氧和氮的相对标准偏差不大于6%，氧的加标回收率为94% ～105%，氮的加标回收率为93%～103%。该方法精密度和加标回收实验结果良好，可准确测定铜铬合金中氧、氮含量。