惰气熔融—红外吸收法测定AlV55中氢方法的研究

杨维维，李剑

（宝钛集团有限公司，陕西宝鸡721014）

AlV55中间合金主要作为制作钛合金、高温合金的中间合金及某些特殊合金的元素添加剂[1]。该中间合金中氢含量对钛合金、高温合金等最终金属材料的产品性能有直接影响。现行有色行业标准YS/T 1075-2015《钒铝、钼铝化学分析方法》系列检测方法中未包括氢含量的测定方法。因此，建立AlV55中间合金中氢含量的测定方法具有重要的实际意义。

金属中氢的测定方法主要有定容测量法、气体容量法、热导法等[2]。惰气熔融—红外吸收法测定金属中氢含量具有操作简单、灵敏度高的特点，已广泛应用于金属材料中氢含量的测定[3-4]。

本文对惰气熔融—红外吸收法测定中间合金中氢的分析条件进行了研究。通过对助熔剂种类、称样量、分析功率、最短分析时间、标准曲线的绘制与检出限、方法的精密度等试验，建立了相关的分析方法。方法已用于实际生产检验，效果良好。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

RH600 氢分析仪，美国LECO 公司；CP153S 电子天平，德国赛多利斯公司，灵敏度0.1 mg。

钛标样WG648，美国Well Group 公司，ω(H)%=0.014 7±0.001 0；钛标样502-024，美国LECO 公司，ω(H)%=0.002 42±0.000 31；钛标样762-741，美国LECO公司，ω(H)%=0.004 22±0.000 33；锡囊，美国LECO 公司，质量为0.27 g；锡片，美国LECO 公司，质量为0.5 g；纯氩气，纯度99.99%，20 Psi；氮气，0.28 MPa。

1.2实验方法

试料加入助熔剂，置于高纯石墨坩埚中，在氩气气氛下加热熔化，氢以分子态释放并进入载气流中。氢分子转化为水，在特定的红外池中检测，用已知氢含量的标准样品进行校准，由计算机给出氢含量[3-4]。

2 结果与讨论

2.1 助熔剂类型选择

对于AlV55中间合金材料，需要加入一定量的助熔剂降低熔点，使试样中的氢完全释放出来。对于粉末状的AlV55中间合金试样来说，适当的助熔剂既可以包裹试样，防止样品飞溅，又能起到降低待测样品熔点的作用。常用的气体分析助熔剂有锡片、锡囊、锡箔、镍箔、镍囊等，锡助熔剂可以使氢更容易从待测样品中释放，获得良好的助熔效果。考虑到要尽量减少空白值，最好选用单一种类的助熔剂。在本方法中，选择锡囊和锡片作为助熔剂。

2.2 称样量的确定

AlV55 中间合金通常为了保证样品的均一性和稳定性，大多以粉末状为主，因此，需要包裹样品形式投入到落样器中，所以称样量的大小对于投样方式很重要，待测组分在加热熔融态释放时效果更好。称样量过大，熔融性不好，气体释放不完全，产生飞溅和爬壁现象，还有可能超出检测范围；称样量过小，称样量误差就大，受到仪器波动和空白的影响就大，检测时峰值过小。经试验，当称样量从0.05 g 到0.20 g，以0.01 g 递增，由试验结果可知，当样品称样量为0.10～0.15 g 时，试样中氢测定结果稳定，试样熔融物平展，能够满足分析要求。在本方法中，选择称样量为0.10 g左右。

2.3 空白试验

空白值对于检测结果的影响很大，低并且稳定的空白是保证检测结果准确可靠的一个重要因素，对于任何一种样品的检测都尤为重要。空白值和氩气的净化程度、助熔剂的质量、石墨坩埚的纯度、仪器的状态等有关，有效地降低空白值很重要。在分析样品前，对空白进行多次测量，达到方法要求，才可以进行标准和样品分析。表1 为连续测定5 次氢的空白值，均小于1 mL/m3，符合分析方法要求。

表1 空白试验

2.4 分析功率

分别选择分析功率为2 000～3 500 W，脱气功率4 000 W进行试验。表2为不同分析功率下氢试样所得的检测值。由表2可知，对于AlV55中间合金中氢分析功率选择3 200～3 500 W，氢测定值稳定，功率过低影响氢的释放。分析功率选择3 200～3 500 W，氢分析值稳定，试样熔融物平展，能够满足分析要求。本实验分析功率设定为3 200 W。

表2 分析功率

2.5 最短分析时间

如图1 所示，积分开始15 s 后，逐渐形成氢的释放曲线，到50 s时氢的释放曲线降至水平位置，分析到50 s后结束，因此我们选择积分时间为50 s，能够满足分析要求。

图1 氢的释放曲线

2.6工作曲线和测定下限

在上述确定的试验条件下，使用钛合金标样WG648，502-024 建立校准曲线，得到氢校准曲线的回归方程为y=+1.145 43 x+0.000 210 509，线性相关系数为0.999。连续对空白进行11次独立测定，氢空白平均值为0.85 mL/m3，标准偏差为0.000 06%。以11 次空白值标准偏差的10 倍计算测定下限，该方法氢的测定下限为0.000 6%。

2.7 工作曲线符合性验证

对标准样品762-741 分别进行5 次测定，结果见表3。结果表明，标准样品5 次测定结果均在标准值允许范围之内，说明工作曲线正确，检测结果准确可靠。

表3 标准样品测定结果（n=5）

2.8 精密度试验

按照实验方法对2 个AlV55 中间合金样品分别进行了11次测定，结果见表4。

通过表4 可看出，样品测定结果的相对标准偏差（n=11）不大于8%，说明检测结果精密度良好。

表4 精密度实验（n=11）