ICP-OES法测定发动机缸体硅含量

叶枫，朱京妃，陈旺湘，孙峰，卢洪英

1.义乌吉利动力总成有限公司 浙江义乌 322000

2.宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江宁波 315000

1 序言

缸体是发动机最重要的零件之一，是发动机的基础零件和骨架，同时作为发动机的主体，它将各个气缸和曲轴箱连成一体，是安装活塞、曲轴以及其他零件和附件的支承骨架[1]。利用铝合金材料ADC12（日本牌号，相当于我国YL113）来制备发动机缸体，不但能使汽车发动机的性能提高，还可以减轻发动机的重量，具有更优异的性能，因而被普遍应用[2]；ADC12缸体（见图1）中的硅含量会影响其综合性能，为了保证缸体性能的有效性，需准确检测缸体中的硅含量，因此研究并验证一种快速、精确测试方法是非常必要的[3]。

图1 缸体实物

现在测试缸体中硅含量的方式主要有火花直读光谱仪、荧光光谱仪、电感耦合等离子发射光谱法(ICP-OES)及辉光光谱仪等[4]。与别的检测方法相对比，ICP-OES法能同时测定多种微量元素，具备工作效率高、检出限较低、线性广、干扰少及精度较高等优点，是现在使用频次及性价比均较高的检测方式。通过ICP-OES法为研究手段，对缸体中硅元素开展检测分析。通过研究不同前处理对基材溶解情况，讨论各种因素导致的干扰情况，最终确立了用电感耦合等离子体发射光谱法测定缸体中硅元素的方法。该检测方法具备操作快速简单、经济性强，以及准确性和灵敏度高等优势。

2 测试与分析

2.1 主要仪器与试剂

本研究所用的仪器与试剂：美国赛默飞I C POES：ICAP-7000光谱仪；德国赛多利斯股份公司生产的BSA124S型电子分析天平；上海科恒实业发展有限公司生产的DB-型数显电热板；钢研纳克检测技术有限公司生产的硅标准溶液1000mg/L、加标用的硅标准溶液500mg/L；国药集团化学试剂有限公司生产的盐酸分析纯 500mL、氢氟酸分析纯500mL；无锡市晶科华工有限公司生产的硝酸分析纯500mL。

采用华域皮尔博格有色零部件（上海）有限公司生产的缸体（wSi＝10.34%）。

2.2 试验方法

（1）试样的制备

1）配制HNO3（1＋1）溶液，取HNO365%分析纯10mL，用移液管缓慢加入装有10mL纯水的聚四氟乙烯烧杯中，摇匀备用。

2）配制HNO3（1+1）＋HF混合溶液，体积比为3∶1，用移液管取7.5mL配置好的HNO3（1＋1）溶液，缓慢加入聚四氟乙烯烧杯中，再加入2.5mL的HF，摇匀备用。

3）准确称取0.1g（精确至0.0001）试样，放入100mL聚四氟乙烯烧杯中，在烧杯中用移液管移取配制好的HNO3（1+1）＋HF混合溶液10mL后，在电热板上加热至45℃，样品溶解完全后，取下冷却至室温，再转至100mL容量瓶中，用水洗涤定容到刻度，摇匀备用。

（2）标准曲线的绘制 在备用的标准溶液中加入被测元素的标准溶液（见表1），用水洗涤并定容到刻度横坐标为被测物浓度，纵坐标为分析线强度，同时做空白试验，使用ICP-OES测定，外标法定量。

表1 校准工作曲线的制备

（3）仪器工作条件 高效旋流雾室，仪器工作参数见表2。

表2 仪器工作参数

3 结果与讨论

3.1 试样消解方式的选择

比较常用的ADC12铝合金消解及试剂配比方式有：①HNO3。②HNO3＋HCl。③HNO3（1+1）＋HF，体积比为3∶1。用酸溶解试样的速度和反应条件与所用酸的溶解性及氧化性有关，若酸的氧化性太大，则试样表面易形成一层保护膜，降低了反应速度，经过多次试验，发现使用①和②方式时，消解较缓慢，且溶液中会有悬浮物无法消解。采用③消解方式在常温下可迅速反应，能使铝合金试样彻底溶解，悬浮物消散后溶液清亮（参数见表3），同时具备简单、迅速、稳定性好等特点。因此，本文选择HNO3（1+1）＋HF进行消解，结果准确性较高，能取得很好的效果。

表3 溶解酸对试样溶解的影响

3.2 析谱线的选择及干扰的消除

（1）分析谱线的选择 ICP-OES在分析过程中由于分析物辐射和其他元素的辐射有重叠，会造成光谱干扰，因此如何选择最合适的谱线显得非常重要。分析谱线的选择直接影响到测定结果的准确性，选择合适的谱线，可避免其他元素谱线的干扰，从而极大地提高分析结果的准确性[5]。

通过在谱线库中比对峰值、强度、相对干扰因素（见表4），以选择强度大、干扰少的谱线为原则，最合适的分析谱线为Si（288.158）。

表4 各特征波长对应其干扰情况

（2）干扰的消除 选择Si（288.158）作为最合适的分析谱线，在标准溶液中添加纯铝溶液，使基体匹配效果最佳，被测金属基体、标准溶液基体两者尽可能接近，以消除干扰因素，同时调整RF的功率至1350W，减小雾化器流速至0.6L/min，大部分干扰可去除。

3.3 精密度和回收率试验

（1）精密度试验 在上述仪器条件及检测方法下进行溶液配制，采取10次连续分析检测Si元素实测平均值为10.36%，缸体中Si含量为10.34%，同时计算精密度，测定缸体样品中Si含量，其结果满足试验要求，相对标准偏差RSD＝0.26%（见表5）。

表5 精密度测试结果

（2）回收率试验 采取测定加标回收率来评价检测方法的准确度，并对结果开展验证。对于缸体3水平加标回收试验结果见表6，其回收率在97%～106%之间，准确度符合试验分析要求。

表6 加标回收测试结果（n＝3） （%）

4 结束语

本文研究了使用HNO3（1+1）＋HF，体积比为3∶1在常温的前处理条件下，利用ICP-OES测试缸体ADC12铝合金中Si含量的方法。试验结果表明，测定缸体中Si含量，其加标回收率在97%～106%，测定结果RSD＝0.26%。该方法具有经济、前处理简单快速、基体效应干扰小、重现性高，以及加标回收率高等优点，可满足日常检测要求。