ICP-AES法測定TB6鈦合金中鋁釩鐵

(1.中航工業北京航空材料研究院，北京 100095；2.航空材料檢測與評價北京市重點實驗室，北京 100095；3.中航(試金石)檢測科技有限公司，北京 100095)

鈦合金材料比重小比強度高，耐熱性和抗腐蝕性好，具有較寬的工作溫度，在航空航天工業中獲得了廣泛應用。TB6鈦合金作為直升機用鈦合金鑄件已批量生產，主要合金元素Al、V、Fe含量范圍需要嚴格控制。在現行的分析方法中，國標中鈦合金中各元素的分析主要采用化學分析方法和發射光譜法[1]，化學法是單元素分析，操作步驟繁瑣，耗時長，使用試劑多，工作效率低，現在已很少使用，航標中鈦合金分析一般采用原子吸收法和電感耦合等離子體原子發射光譜法[2](ICP-AES)，原子吸收法是單元素分析，效率低，航標中的ICP-AES法不分析Fe元素，V元素的分析上限6%，無法滿足TB6鈦合金分析要求。電感耦合等離子體原子發射光譜法由于其靈敏度高、分析速度快、可多元素同時分析等特點已獲得廣泛使用[3-7]。本實驗研究了采用ICP-AES同時測定鈦合金中Al、V、Fe元素方法，進行了鈦合金樣品溶解、分析譜線選擇、干擾消除、儀器參數優化等試驗，進行了標準物質對照和加入回收試驗，建立了適用于TB6鈦合金中Al、V、Fe元素分析方法。

1 實驗方法

1.1 儀器及工作條件

美國Perkin Elmer公司生產的Optima5300V型全譜直讀電感耦合等離子體光譜儀。高頻頻率：40 MHz；正向功率：1.1 kW，觀測高度：15 mm，冷卻氣流量：12 L/min，載氣流量：0.8 L/min，輔助氣流量：0.2 L/min；

分析元素譜線：

Al 394.401 nm,V292.402 nm，Fe 239.562 nm；

1.2 試劑及標準溶液

所用器皿燒杯為聚四氟乙烯材料，容量瓶為塑料容量瓶，各待測元素Al、V、Fe單標準儲備液均為1.00 mg/mL的國家標準溶液，國家鋼鐵材料測試中心制，使用時根據需要配制成適當濃度的混合標準溶液,Y內標溶液0.2 mg/mL。

鹽酸、硝酸、氫氟酸均為優級純，水為去離子水，基準鈦純度大于99.95%

1.3 試驗方法

1.3.1 試樣溶液的制備

稱取0.1000 g試樣于150 mL燒杯中，加入10 mLHCl， 1 mL HF，1 mL HNO3低溫溶解，待試樣完全溶解，冷卻，加入2.00 mLY內標溶液，轉移到100 mL塑料容量瓶中用水定容待測。

1.3.2 校準曲線溶液的制備

分別稱取0.09 g純鈦4份，于4個150 mL聚四氟乙烯燒杯中，分別加入適量待測元素Al、V、Fe的標準溶液，然后按試樣溶液的制備步驟進行，配制成校準曲線溶液，濃度見表1。

表1 校準曲線溶液濃度 (μg/mL)

1.3.3 測量

在選定的儀器工作條件下上機測量，根據各元素校準曲線溶液的濃度和對應信號強度值，以待測元素濃度為橫坐標,測得的強度為縱坐標繪制校準曲線,再測樣品溶液的信號強度，根據校準曲線上求得待測樣品中元素含量。

2 結果與討論

2.1 樣品溶解試驗

(1)一般鈦合金可以用稀硫酸溶解或者采用鹽酸加氫氟酸溶解，航標中ICP-AES方法處理鈦合金采用硫酸溶解，加硝酸氧化,但采用稀硫酸溶解鈦合金樣品時速度慢，溶解過程不好控制。采用鹽酸、氫氟酸加硝酸溶解鈦合金效果較好，可很快溶解各類鈦合金，本方法采用鹽酸、氫氟酸加硝酸的溶解方法進行樣品處理。

(2)溶液酸度控制

溶液酸度的大小對ICP光譜儀譜線激發強度有影響，一般溶液酸度越大激發的譜線強度隨之減弱，即酸效應，因此必須保持校準曲線溶液和樣品溶液的酸度一致，本實驗選擇溶液酸度控制在10%左右，保證樣品溶解時快速溶解完全。

2.2 分析線選擇

選擇各待測元素Al、V、Fe,的靈敏線數條，用各待測元素的單標準溶液(10 μg/mL)和基體鈦(1.00 mg/mL)的單標準溶液在儀器上做譜圖掃描，考察待測元素譜線受干擾情況，經選擇對比，最終確定待測元素的分析線和扣背景點，見表2。

表2 元素分析譜線及背景校正扣除點 (nm)

2.3 內標的選擇

由于TB6鈦合金待測元素含量較高，測量過程中受各種因素影響數據會有波動，因此需要加入內標元素進行控制。分別處理6份同一TB6鈦合金樣品，選擇加內標(Y內標溶液0.2 mg/mL，加入2.00 mL)和不加內標方式進行上機測量，試驗結果(n=6)見表3。

表3 內標對測量精密度的影響

結果表明加入內標后可以改善測量的精密度，本實驗采用加內標的方法。

2.4 加入回收試驗和標準物質對照試驗

取11份TB6鈦合金樣品進行了加入回收試驗，取鈦合金標準物質做標準物質對照試驗，試驗結果(n=11)見表4、表5。

表4 回收率和精密度 (%)

表5 標準物質對照結果 (%)

3 結論

本方法采用ICP-AES法對TB6鈦合金中Al、V、,Fe元素的測定進行了研究，對鈦合金樣品的溶解、酸度的選擇進行了試驗，考察了基體和主量元素對待測元素的干擾情況，選定了分析線Al 394.401 nm、V 292.402 nm、Fe 239.562 nm，優化了儀器的工作參數，進行了標準物質對照試驗和加入回收試驗，結果表明測得值與標準值相符，最大偏差小于0.16，相對標準偏差小于1%，加入回收試驗回收率在99～102%之間，相對標準偏差小于1%。回收率、精密度滿足日常分析的要求，方法準確可靠。

[1]GB/T 4698.21-1996《海綿鈦、鈦及鈦合金化學分析方法 發射光譜法測定錳、鉻、鎳、鋁、鉬、錫、釩、釔、銅、鋯含量》.

[2]HB 7716.1～14-2002鈦合金化學成分光譜分析方法.

[3]李慧芝，翟殿棠，許崇娟，等．發射光譜法同時測定鈦基復合材料中的鎳鐵鉬錳和硼的研究[J]．光譜學與光譜分析，2007，27(6)：1204-1206．

[4]羊送球，黃永紅．ICP-OES法測定鈦合金中硼含量[J]．鈦工業進展，2006，23(2)：35-36．

[5]杜米芳.電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鈦合金中硼[J].冶金分析,2010.11:30-35.

[6]杜米芳，李治亞，李景濱,等.電感耦合等離子體原子發射光譜法測定海綿鈦合鐵硅錳鎂[J].冶金分析,2009.29(7):24-27.

[7]吳世凱.ICP—AES法同時測定鈦合金中八種元素的研究.特鋼技術，2007,4:38-40.