電感耦合等離子體光譜法測定鎳基高溫合金中的硅、錳、磷

趙容超 唐本玲

(鋼鐵研究總院， 北京 100081)

鎳基高溫合金具有密度小、強度高、抗氧化、耐高溫等優異性能，主要用于航空、航天、核反應堆和電站等領域，準確測定其中的化學成分是對材料進行質量控制的重要保證。電感耦合等離子體發射光譜法(ICP-AES)具有線性范圍寬、檢測限低、干擾少且易排除等優點[1，2]。采用傳統的溶樣方式及化學檢測方法對鎳基高溫合金中的硅、錳、磷進行測定時，耗時長且操作繁瑣。因此筆者優化了樣品前處理方法，縮短了樣品溶解時間，采用ICP-AES對試樣進行檢測，確定了方法的檢出限，并根據鎳基高溫合金中分析元素的含量范圍進行了精密度及回收率等試驗[3，4]。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

全譜直讀等離子體光譜儀：IRIS IntrepidⅡ XSP型，配有耐氫氟酸同心霧化器和霧室，美國熱電公司；

錳、磷標準溶液：10 μg/mL，吸取1 000 μg/mL的標準儲備液(鋼鐵研究總院)，逐級稀釋而成；

硅標準溶液：10 μg/mL，吸取500 μg/mL的硅標準儲備溶液(鋼鐵研究總院)，逐級稀釋而成；

實驗所用其它試劑均為優級純，實驗用水為離子交換水。

1.2 儀器工作參數

高頻功率：1 150 W；積分時間：短波10 s，長波5 s；載氣流量：14 L/min；輔助氣流量：0.5 L/min；泵速：75 r/min。

1.3 溶樣方法

(1)鹽酸-硝酸溶解試樣

稱取0.200 g試樣置于150 mL燒杯中，加入10 mL鹽酸-硝酸(體積比7∶1)，蓋上表面皿，低溫加熱溶解樣品至不再反應，冷卻至室溫，定容至50 mL容量瓶中，混勻。

(2)鹽酸-硝酸-氫氟酸溶解試樣

稱取0.200 g試樣置于聚四氟乙烯燒杯中，加入10 mL鹽酸-硝酸(體積比7∶1)，低溫加熱樣品至不再反應，冷卻，緩慢加入氫氟酸0.5 mL，蓋上蓋子，于水溫50℃的水浴鍋中加熱，試樣溶解完全后，冷卻至室溫，定容至50 mL塑料容量瓶中，混勻。

2 結果與討論

2.1 試樣前處理方法

成分簡單的鎳基高溫合金用鹽酸-硝酸混合酸，高溫加熱可溶解完全；當樣品中Nb、Ta元素含量較高時，鹽酸、硝酸的混合酸溶解極其緩慢，此時加入適量的氫氟酸可加速溶解，但測定Si元素時，為了防止Si元素在溫度較高時與氫氟酸生成易揮發的氟化硅，要選擇溫度較低的水浴進行溶解。采用鹽酸、硝酸不同比例(1∶0、1∶1、3∶1、5∶1、7∶1、10∶1、0∶1)的混合酸，對試樣進行溶解試驗，結果發現鹽酸與硝酸體積比為7∶1時，溶解時間較短。兩種溶樣方法相比，1.3中方法(2)能更好地滿足各種成分的鎳基高溫合金前處理需求，因此本實驗選用該方法進行樣品前處理。

2.2 分析條件

(1)分析譜線的選擇及干擾試驗

鎳基高溫合金中的主要基體為Ni元素，因此本實驗采用基體匹配法有效消除基體帶來的干擾。基于靈敏度高、基體干擾小等原則對多條譜線進行篩選，結果表明，Mn元素的257.610 nm和293.930 nm兩條譜線均無明顯干擾，且靈敏度高，兩條譜線測得值一致；P元素靈敏度低，可供選擇的譜線少，選擇常用譜線178.284 nm和213.618 nm進行檢測，其中178.284 nm的譜線背景干擾相對較弱，靈敏度較高，213.618 nm的譜線左側存在213.606 nm Mo元素譜線，干擾較強；Si元素選擇185.067 nm和251.611 nm進行檢測，185.067 nm處無明顯干擾，251.611 nm處存在Mo元素251.611 nm的光譜重疊干擾，出現測定值增大的現象。最終選定的各元素譜線見表1。

表1 各元素的分析譜線

(2)功率、泵速、載氣流量的選擇

對功率、泵速、載氣流量以及輔助氣流量4個因素進行試驗，結果表明功率為1 150W、載氣流量14 L/min、輔助氣流量0.5 L/min、泵速75 r/min的分析條件最佳。

2.3 工作曲線及檢出限

稱取與試樣量相當的高純鎳(99.99%)數份，分別置于150 mL燒杯中，加入適量各元素的標準溶液，按實驗方法操作，定容于50 mL容量瓶中，混勻。以各元素的濃度為橫坐標(X)，分析線強度為縱坐標(Y)，繪制工作曲線，對試劑空白溶液連續測定10次，取3倍標準偏差作為儀器的檢出限，線性方程、線性范圍和檢出限列于表2。由表2可知，相關系數均大于0.999 9，說明線性關系較好，可以滿足各元素的測試要求。

表2 線性方程、線性范圍和檢出限

2.4 精密度與加標回收試驗

采用本法加入不同量的標準溶液到已知含量的樣品中(YSBC 11517-99鋼鐵研究總院研制)，按實驗方法操作，進行精密度及回收試驗，測定結果見表3。 由表3可知，測定結果的相對標準偏差小于3.0%，回收率為93.3%～106.7%，表明方法具有較高的精密度和準確度。

表3 精密度和回收試驗結果(n=10) %

2.5 標準樣品測定

采用本方法對3種鋼鐵研究總院研制的鎳基高溫合金標準樣品中的硅、錳、磷元素進行測定，隨批做標準曲線，由曲線計算試樣中各元素的含量，測定結果見表3。從表3可以看出，本方法測定值與標準值基本一致，其測定結果的相對誤差均小于7%，說明該方法具有較高的準確度。

表3 標準樣品分析結果 %

3 結語

通過優化樣品前處理方法并利用ICP-AES法快速測定鎳基高溫合金中的硅、錳、磷元素，方法具有良好的精密度和準確度，大大提高了工作效率，能更好地滿足日常分析的需要。

[1] 辛仁軒.等離子體發射光譜分析[M].北京：化學工業出版社，2005.

[2] 有色金屬工業分析叢書編委會.難熔金屬和稀散金屬冶金分析[M].北京: 冶金工業出版社, 1992.

[3] 童堅.ICP-OES 法測定高溫合金中的多種化學成分[J].分析實驗室，2001,20(3)：20-22.

[4] 李超. ICP-AES測定鑄鐵中的硅、錳、磷、銅[J].光譜實驗室，2004,21(3)：556-558.