一种测定k25铬基高温合金中钛钒钨锰硅的分析方法
【专利摘要】本发明属于新材料合金元素分析技术，涉及一种测定K25铬基高温合金中钛钒钨锰硅的分析方法。分析步骤如下：称取试样；制备试样溶液；制备校准溶液；测量试样溶液中钛钒钨锰硅的浓度；计算测量结果，得到钛钒钨锰硅的含量。本发明提出了一种分析灵敏高、操作简便、分析周期短、效率高的测定K25铬基高温合金中钛钒钨锰硅含量的ICP-AES方法，应用前景广泛，可以满足高温合金的工程化应用，满足科研和生产对材料质量控制的要求，减低产品报废率、节约研制和生产成本。
【专利说明】一种测定K25铬基高温合金中钛钒钨锰硅的分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于合金常量元素分析技术，涉及一种测定K25铬基高温合金中钛、钒、 钨、锰和硅的分析方法。
【背景技术】
[0002]随着国防工业的发展，新材料不断推出，各种性能优异材料对其成分的要求愈加 严格，合金元素的含量对材料性能的影响至关重要。文献调研发现，高温合金中钛、钒、钨、 锰、硅含量的检测已公开的检测方法主要有电感耦合等离子发射光谱法、原子吸收法及化 学法，都是针对镍基高温合金中钛、钒、钨、锰、硅的检测方法。没有发现直接针对铬基高温 合金的成分分析方法，K25铬基高温合金与镍基高温合金由于基体成分有很大区别，如果直 接套用镍基高温合金中钛、钒、钨、锰、硅的检测方法会给检测结果带来很大误差。
[0003]电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP)分析具有准确、快速、多元素同时分析的 特点，广泛应用在地质、冶金、机械制造、环境保护、生物医学、食品等领域，具有良好的检出 限和分析精密度，基体干扰小，线性动态范围宽，分析工作者可以用基准物质配制成一系列 的标准，以及试样处理简便(比化学分析)等优点。
[0004]高温合金中钛、钒、钨、锰、硅元素测量的手段通常有比色法、ICP-AES法(电感耦 合等离子体原子发射光谱法)、原子吸收法、容量法等。针对不同合金牌号可以查到相应的 分析方法，关于K25铬基高温合金中钛、钒、钨、锰、硅的分析，目前国内外均无准确分析该 合金的方法，基本都是套用镍基、铁基高温合金或其他合金方法，套用方法存在溶解试样时 间较长，溶解不完全、分析线的选择不确定等等导致分析周期较长等缺点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是:提出一种分析元素含量范围宽、能够精确进行钛、钒、钨、锰、硅 元素测定的K25铬基高温合金分析方法。
[0006]本发明的技术方案是:采用电感耦合等离子体发射光谱仪，采用电感耦合等离子 体发射光谱仪，仪器的工作条件及分析线如下:高频频率:40.68MHz ;入射功率:0.95? 1.1Kw ;反射功率:< 15W ;冷却气流量:12?20L/min ;护套气流量:0.1?0.6L/min ;样品 提升量:1.0?1.5ml/min ;积分时间:1?IOs ;元素分析线:钛334.941nm ;钒292.402nm ； 钨 207.91Inm ;锰 257.61Onm ;硅 288.158nm 或 251.61 Inm ;内标元素钇 371.029nm
[0007]( I)在测定过程中所使用的试剂如下:
[0008](1.1)盐酸，P 1.19g/mL ;优级纯；
[0009](1.2)硝酸，P 1.42g/mL ;优级纯；
[0010](1.3)硫酸，P 1.84g/mL ;优级纯;
[0011](1.4)氢氟酸，P 1.15g/mL，优级纯；
[0012](1.5)硫酸，1+1;
[0013](1.6)硝酸，1+1;[0014](1.7)硫酸铵:固体;
[0015]( 1.8)王水:三体积盐酸和一体积硝酸混合；
[0016](1.9)氢氧化钠溶液:200g/L ；
[0017](1.10)柠檬酸，200g/L ;
[0018](1.11)氢氧化钠溶液:400g/L ；
[0019](1.12)钛标准溶液1:称取于950°C灼烧至恒重的光谱纯二氧化钛1.6686g,置 于400mL烧杯中，加入IOg硫酸铵、加入上述(1.4)硫酸50mL，盖上表面皿，于高温处加热 至冒硫酸烟，直至获得澄清溶液为止。冷却至室温，移入盛有500mL水的烧杯中，稍冷，移入 IOOOmL容量瓶，冷却至室温后，用水稀释至刻度，摇匀，得到1.00mg/mL的钛标准溶液I ;
[0020](1.13)钛标准溶液I1:移取20.0OmL钛标准溶液I置于200mL容量瓶中，补加上 述(1.4)硫酸40mL，稀释至刻度，摇匀，得到浓度为0.10mg/mL的钛标准溶液II ；
[0021](1.14)钒标准溶液1:称取质量分数不小于99.9%的1.0OOOg纯钒于200mL烧杯 中，用IOmL王水经加热溶解后，加入上述(1.4)硫酸20mL，加热蒸发至冒硫酸烟，稍冷，加 A 50mL水，加热溶解盐类，冷却至室温后，移入IOOOmL容量瓶中，用水稀至刻度，摇匀，得到 1.0Omg/mL f凡标准溶液I ;
[0022](1.15)钒标准溶液I1:移取20.0OmL钒标准溶液I置于200mL容量瓶中，用水稀 释至刻度，摇匀。得到浓度为0.10mg/mL的钒标准溶液II ；
[0023](1.16)钨标准溶液1:称取预先在800°C灼烧30min的0.6305g光谱纯的三氧化 钨，置于钼皿中，加入IOmL?15mL氢氧化钠溶液，加热溶解。冷却至室温，移入500mL容量 瓶中，用水稀释至刻度，摇匀后，再移入干燥的塑料瓶内贮存，得到1.0Omg/mL的钨标准溶 液1:
[0024](1.17)钨标准溶液I1:移取20.0OmL钨标准溶液I置于200mL塑料容量瓶中，补 加IOmL盐酸，用水稀释至刻度，摇匀，得到浓度为0.10mg/mL的钨标准溶液II ；
[0025](1.18)锰标准溶液1:称取0.1OOOg ；> 99.99%且预处理过的纯锰，置于250mL烧 杯中，加入上述(1.4)硝酸10mL，加热至锰完全溶解，煮沸驱尽氮的氧化物，冷却至室温后 移入IOOOmL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，得到0.10mg/mL的锰标准溶液I ;
[0026]锰的处理方法:将纯锰放入上述(1.4)硫酸中，加热清洗，待表面氧化锰(棕褐色) 洗净后取出，立即用蒸馏水反复洗涤，再放入无水乙醇中洗4-5次，取出，放在干燥器中干 燥后，方可使用；
[0027](1.19)锰标准溶液I1:移取20.0OmL锰标准溶液I置于200mL容量瓶中，补力口 IOmL盐酸，用水稀释至刻度，摇匀，得到浓度为0.10mg/mL的锰标准溶液II ；
[0028](1.20)硅标准溶液1:称取12.12g硅酸钠(Na2SiO3 *9H20)置于500mL烧杯中，加 入300mL水、40mL氢氧化钠溶液，加热煮沸数分钟。冷却至室温，过滤于IOOOmL容量瓶中， 用水稀释至刻度，摇匀。立即移入干燥塑料瓶中贮存，得到浓度约为lmg/mL的硅标准溶液 I ;
[0029]移取50.0OmL三份上述溶液，用重量法平行进行标定得到硅标准溶液I的准确浓度。
[0030](1.21)硅标准溶液I1:移取20.0OmL硅标准溶液I置于200mL塑料容量瓶中，用 水稀释至刻度，摇匀，得到浓度约为0.10mg/mL (依据硅标准溶液I而定)的硅标准溶液II ；[0031](1.22)硅标准溶液II1:移取10.0OmL硅标准溶液I置于1000mL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，得到浓度约为0.01mg/mL (依据硅标准溶液I而定)的硅标准溶液III ；
[0032](1.23)镍基体溶液:称取5.0OOg金属镍；> 99.99%的纯金属置于300mL烧杯中，加入上述(1.2)硝酸30mL，加热溶解，冷却，移入的500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，得到浓度为10.0mg/mL的镍基体溶液；
[0033](1.24)铬基体溶液:称取14.1445g预先经150°C烘Ih,并于干燥器中冷却至室温的基准重铬酸钾置于300mL烧杯中，用适量水溶解，移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度， 摇匀，得到浓度为10.0mg/mL的铬基体溶液；
[0034](1.25)钇内标溶液，0.2mg/mL ;称取 0.1270g, > 99.95% 氧化钇，置于 250mL 烧杯中，加入IOmL去离子水、IOmL盐酸，低温加热至溶解完全，冷却后移入500mL容量瓶中，补加 IOmL盐酸，用水稀释至刻度，摇匀，得到浓度为0.2mg/mL的钇内标溶液；
[0035](2)取样和制样；分析用的试样按照HB/Z205的要求进行取样和制样；
[0036](3)分析前准备
[0037]共存元素干扰，铬60毫克、镍40毫克；
[0038](4)分析步骤如下:
[0039](4.1)试样:称取0.1Og试样，精确到0.0OOlg ；
[0040](4.2)空白试验溶液:随同试样做空白试验溶液若干；
[0041](4.3)制备试样溶液:
[0042]试样溶液制备的方法为如下之一:
[0043]第一种试样制备方法:将分析步骤(4.1)的试样置于50mL微波消解管中，加入
0.5mL~2mL水、2mL~5mL盐酸、ImL~3mL硝酸(1.2)、2滴~8滴氢氟酸，常温下将酸反应后的气体赶出；将微波消解按表中条件进行设置；冷却至常温后，取出微波消解管放气， 开盖子，移入IOOmL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，待测；
[0044]表1:微波消解条件
[0045]
【权利要求】
1.一种测定K25铬基高温合金中钛钒钨锰硅的分析方法，其特征在于:采用电感耦合等离子体发射光谱仪，仪器的工作条件及分析线如下:高频频率:40.68MHz ;入射功率:0.95~1.1Kw ;反射功率:< 15W ;冷却气流量:12~20L/min ;护套气流量:0.1~0.6L/min ;样品提升量:1.0~1.5ml/min ;积分时间:1~IOs ;元素分析线:钛334.941nm ；钒 292.402nm ；钨 207.91 Inm ；锰 257.61Onm ；硅 288.158nm 或 251.61 Inm ；内标元素钇371.029nm (I)在测定过程中所使用的试剂如下: (1.1)盐酸，P 1.19g/mL ;优级纯； (1.2)硝酸，P 1.42g/mL;优级纯； (1.3)硫酸，P 1.84g/mL ;优级纯； (1.4)氢氟酸，P 1.15g/mL,优级纯；
(1.5)硫酸，1+1 ；
(1.6)硝酸，1+1 ； (1.7)硫酸铵:固体； (1.8)王水:三体积盐酸和一体积硝酸混合； (1.9)氢氧化钠溶液:200g/L；` (1.10)柠檬酸，200g/L; (1.11)氢氧化钠溶液:400g/L ； (1.12)钛标准溶液1:称取于950°C灼烧至恒重的光谱纯二氧化钛1.6686g，置于400mL烧杯中，加入IOg硫酸铵、加入上述(1.4)硫酸50mL，盖上表面皿，于高温处加热至冒硫酸烟，直至获得澄清溶液为止。冷却至室温，移入盛有500mL水的烧杯中，稍冷，移入1000mL容量瓶，冷却至室温后，用水稀释至刻度，摇匀，得到1.00mg/mL的钛标准溶液I ; (1.13)钛标准溶液I1:移取20.0OmL钛标准溶液I置于200mL容量瓶中，补加上述(1.4)硫酸40mL，稀释至刻度，摇匀，得到浓度为0.10mg/mL的钛标准溶液II ； (1.14)钒标准溶液1:称取质量分数不小于99.9%的1.0OOOg纯钒于200mL烧杯中，用IOmL王水经加热溶解后，加入上述(1.4)硫酸20mL，加热蒸发至冒硫酸烟，稍冷，加入50mL水，加热溶解盐类，冷却至室温后，移入1000mL容量瓶中，用水稀至刻度，摇匀，得到1.00mg/mL f凡标准溶液I ; (1.15)钒标准溶液I1:移取20.0OmL钒标准溶液I置于200mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。得到浓度为0.10mg/mL的钒标准溶液II ；(1.16)钨标准溶液1:称取预先在800°C灼烧30min的0.6305g光谱纯的三氧化钨，置于钼皿中，加入IOmL~15mL氢氧化钠溶液，加热溶解。冷却至室温，移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀后，再移入干燥的塑料瓶内贮存，得到1.00mg/mL的钨标准溶液1:(1.17)钨标准溶液I1:移取20.0OmL钨标准溶液I置于200mL塑料容量瓶中，补加IOmL盐酸，用水稀释至刻度，摇匀，得到浓度为0.10mg/mL的钨标准溶液II ； (1.18)锰标准溶液1:称取0.1OOOg ；> 99.99%且预处理过的纯锰，置于250mL烧杯中，加入上述(1.4)硝酸10mL，加热至锰完全溶解，煮沸驱尽氮的氧化物，冷却至室温后移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，得到0.10mg/mL的锰标准溶液I ; 锰的处理方法:将纯锰放入上述(1.4)硫酸中，加热清洗，待表面氧化锰(棕褐色)洗净后取出，立即用蒸馏水反复洗涤，再放入无水乙醇中洗4-5次，取出，放在干燥器中干燥后，方可使用； (1.19)锰标准溶液I1:移取20.0OmL锰标准溶液I置于200mL容量瓶中，补加IOmL盐酸，用水稀释至刻度，摇匀，得到浓度为0.10mg/mL的锰标准溶液II ；(1.20)硅标准溶液1:称取12.12g硅酸钠(Na2SiO3.9H20)置于500mL烧杯中，加入300mL水、40mL氢氧化钠溶液，加热煮沸数分钟。冷却至室温，过滤于1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。立即移入干燥塑料瓶中贮存，得到浓度约为lmg/mL的硅标准溶液I ;移取50.0OmL三份上述溶液，用重量法平行进行标定得到硅标准溶液I的准确浓度。(1.21)硅标准溶液I1:移取20.0OmL硅标准溶液I置于200mL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，得到浓度约为0.10mg/mL (依据硅标准溶液I而定)的硅标准溶液II ； (1.22)硅标准溶液II1:移取10.0OmL硅标准溶液I置于1000mL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，得到浓度约为0.01mg/mL (依据硅标准溶液I而定)的硅标准溶液III ； (1.23)镍基体溶液:称取5.0OOg金属镍；> 99.99%的纯金属置于300mL烧杯中，加入上述(1.2)硝酸30mL，加热溶解，冷却，移入的500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，得到浓度为10.0mg/mL的镍基体溶液； (1.24)铬基体溶液:称取14.1445g预先经150°C烘lh，并于干燥器中冷却至室温的基准重铬酸钾置于300mL烧杯中，用适量水溶解，移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，得到浓度为10.0mg/mL的铬基体溶液； (1.25)钇内标溶液，0.2mg/mL ;称取0.1270g, > 99.95%氧化钇，置于250mL烧杯中，加入IOmL去离子水、IOmL盐酸，低温加热至溶解完全，冷却后移入500mL容量瓶中，补加IOmL盐酸，用水稀释至刻度，摇匀，得到浓度为0.2mg/mL的钇内标溶液； (2)取样和制样；分析用的试样按照HB/Z205的要求进行取样和制样； (3)分析前准备 共存元素干扰，铬60毫克、镍40毫克； (4)分析步骤如下: (4.1)试样:称取0.1Og试样，精确到0.0OOlg ； (4.2)空白试验溶液:随同试样做空白试验溶液若干； (4.3)制备试样溶液: 试样溶液制备的方法为如下之一: 第一种试样制备方法:将分析步骤(4.1)的试样置于50mL微波消解管中，加入0.5mL~2mL水、2mL~5mL盐酸、ImL~3mL硝酸(1.2)、2滴~8滴氢氟酸，常温下将酸反应后的气体赶出；将微波消解按表中条件进行设置；冷却至常温后，取出微波消解管放气，开盖子，移入IOOmL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，待测； 表1:微波消解条件
2.根据权利要求1所述的一种测定K25铬基高温合金中钛钒钨锰硅元素的方法，其特征是，所述对仪器进行标准化时，在低标溶液标准点和高标溶液标准点之间增加任意一个或几个标准点做工作曲线。
3.根据权利要求1所述的一种测定K25铬基高温合金中钛钒钨锰硅元素的方法，其特征是，所述的试样溶液制备时，当不测定硅元素时，试样溶液制备用如下的方法:将分析步骤(4.1)的试样置于150mL烯烧杯中，加入盐酸IOmL~20mL、上述(1.2)的硝酸3mL~5mL， 在电热板上微热至试样完全溶解，稍冷，加入5mL柠檬酸，吹水，在电炉上低温加热至溶解， 从电热板上取下稍冷，吹水，冷却试液至室温；移入预先已准确加入2.0OmL钇内标溶液的 IOOmL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。
【文档编号】G01N21/73GK103604800SQ201310512088
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】冯艳秋, 叶晓英, 孙涛, 杨春晟 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院