高频燃烧-红外吸收法测定Inconel X-750镍合金中碳和硫

杨维维，卢思瑜，李剑

（宝钛集团有限公司，陕西 宝鸡 721014）

X-750 镍基高温合金具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能、较高的强度和较好的耐松弛性能，同时还具有良好的成形性能和焊接性能。该合金主要用于制造航空发动机的片面弹簧和螺旋弹簧，还可用于制造汽轮机涡轮叶片等零件。因合金中碳和硫含量直接影响最终金属材料的产品性能，所以，建立X-750 镍合金中碳和硫含量的测定方法具有重要意义。

金属中碳和硫的测定方法主要有滴定法、质谱法、重量法、红外法等[1-5]。高频燃烧-红外吸收法测定金属中碳和硫具有操作简单、灵敏度高的特点，已广泛应用于金属材料中碳和硫含量的测定[6-8]。

本文研究了高频燃烧-红外吸收法测定X-750镍合金中碳和硫的分析条件。通过对助熔剂种类、称样量、燃烧功率、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，建立了相应的分析方法。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

CS600 碳硫分析仪，美国LECO 公司；CP124S 电子天平，灵敏度0.1 mg，德国赛多利斯公司。

钢标样501-502，美国LECO 公司，1345：ω（C）%=0.071±0.003，ω（S）%=0.0167±0.0012；钢标样501-502，美国LECO 公司，R1189-1：ω（C）%=0.059±0.002，ω（S）%=0.0115±0.0011；钢铁标样GBW01401a，钢铁研究总院: ω（C）%=0.0012±0.0004，ω（S）%=0.0015±0.0005；钨助熔剂，美国LECO 公司，763-266；钨锡助熔剂，美国LECO 公司，501-008；铁屑助熔剂，美国LECO公司，501-077；高纯氧气，纯度99.99%，20 Psi；氮气：0.28 MPa，40 Psi。

1.2 实验方法

试料加入助熔剂，置于瓷坩埚中，在氧气气流中燃烧，将碳转化为一氧化碳和/或二氧化碳，将硫转化为二氧化硫，在特定的红外池中检测，用已知含量的标准样品进行校准，由计算机给出含量[9]。

2 结果与讨论

2.1 助熔剂类型选择

对于X-750 镍合金材料，需要加入一定量的助熔剂降低熔点，使试样中的碳和硫完全释放出来。常用的气体分析助熔剂有钨锡、纯钨、纯铁等，钨锡助熔剂可以使碳和硫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。从表1 中得出，本实验选择钨锡作为助熔剂。

表1 助熔剂的选择

2.2 熔质比的确定

对于X-750 镍合金，助熔剂用量过大，增加检测成本；助熔剂用量过小，样品无法完全熔融，对检测结果影响较大。称取0.5 g钢标样501-502（1345），分别加入不同用量的钨锡助熔剂，选择燃烧功率为100%，碳积分时间为40 s，硫积分时间为60 s，在碳、硫曲线初始方程为y=+1.0下进行试验。由表2可知，当钨锡量约2.0 g，试样中碳测定结果稳定，试样熔融物平展，能够满足分析要求，故实验选择助熔剂用量为2.0 g，熔质比为4.0，即助熔剂与样品质量之比为4.0。

表2 熔质比试验

2.3 称样量的确定

对于X-750镍合金，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，称样量从0.1～1.0 g，以0.1 g递增最为适宜。由试验结果可知，当样品称样量为0.5～0.7 g时，试样中碳和硫测定结果稳定，试样熔融物平展，能够满足分析要求。在本方法中，选择称样量约为0.5 g。

2.4 燃烧功率

分别选择燃烧功率为70%～100%试验。表3 为不同功率下试样所得的检测值。由表3 可知，对于X-750 镍合金中氢分析功率选择95%，碳和硫测定值稳定，功率过低影响碳和硫的释放，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95%。

表3 燃烧功率

2.5 最短分析时间

如图1所示，积分开始2 s后，逐渐形成碳的释放曲线，到36 s 时释放曲线降至水平位置，分析到40 s 后结束，因此我们选择碳积分时间为40 s，能够满足分析要求。如图2 所示，积分开始15 s 后，逐渐形成硫的释放曲线，到50 s时释放曲线逐渐降至水平位置，分析到60 s 后结束，因此我们选择硫积分时间为60 s，能够满足分析要求。

图1 碳的释放曲线

图2 硫的释放曲线

2.6 工作曲线和测定下限

在上述确定的试验条件下，使用钢标样501-502（1345），GBW01401a 建立校准曲线，得到碳和硫校准曲线的回归方程为y=+1.09901x+0.0000136412和y = + 1.0912x + 0.00524323，y = + 1.29875x +0.000157327，线性相关系数0.999。连续对空白进行11 次独立测定，碳空白平均值为1.7×10-6，标准偏差为0.00005%，以11 次空白值标准偏差的10 倍计算测定下限，该方法碳的测定下限为0.0005%；硫空白平均值为0.85×10-6，标准偏差为0.00005%，以11 次空白值标准偏差的10 倍计算测定下限，该方法硫的测定下限为0.0005%。

2.7 工作曲线符合性验证

对标准样品501-502（R1189-1）分别进行5 次测定，结果见表4。

表4 标准样品测定结果（n=5）

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。

2.8 精密度试验

按照实验方法对2 个X-750 镍合金样品分别进行了11次测定，结果见表5。

从表5 可看出，样品测定结果的相对标准偏差（n=11）均不大于8%，说明检测结果精密度良好。

表5 精密度实验（n=11）

3 结束语

本文对高频燃烧-红外吸收法测定Inconel X-750镍合金中碳和硫的分析方法进行了研究试验，确定了最佳的分析条件：称取0.5 g样品于瓷坩埚中，加入2.0 g钨锡助熔剂，将样品投入碳硫分析仪进行测定，燃烧功率为95%，分析时间为碳40 s，硫60 s。该方法精密度和准确度良好，操作快速、简便，已用于实际生产检验，效果良好。