電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定TG6鈦合金中Al、Si、Zr、Nb、Ta、Sn含量

高 頌 龐曉輝 梁紅玲

(1.中航工業(yè)北京航空材料研究院，北京 100095； 2.航空材料檢測與評價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定TG6鈦合金中Al、Si、Zr、Nb、Ta、Sn含量

高 頌1，2龐曉輝1,2梁紅玲1

(1.中航工業(yè)北京航空材料研究院，北京 100095； 2.航空材料檢測與評價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095)

介紹了采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定TG6鈦合金中Al、Si、Zr、Nb、Ta、Sn元素的方法，進(jìn)行了樣品溶解試驗(yàn)、優(yōu)化了儀器條件、考查了基體和主量元素對待測元素的譜線干擾，確定了分析線。對樣品進(jìn)行了加入回收和精密度試驗(yàn)，回收率95～102%，RSD≤0.81%。使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行了數(shù)據(jù)對比，數(shù)據(jù)相符性高。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法 TG6鈦合金

高溫鈦合金是伴隨著高新技術(shù)的需求而研制開發(fā)的新型鈦合金結(jié)構(gòu)材料。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比提高，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件更為復(fù)雜和苛刻，對高比強(qiáng)度、低密度和耐高溫能力的需求更加強(qiáng)烈。高溫鈦合金恰恰符合這樣的要求，可代替鋼或鎳基高溫合金，用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)輪盤、葉片、整體葉盤、機(jī)匣等結(jié)構(gòu)件，可使整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕，而顯著提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比和使用性能。目前高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)對鈦合金的長時(shí)使用溫度要求已達(dá)到600℃，因此需研究新型耐高溫鈦合金材料[1-5]。TG6鈦合金是目前國內(nèi)最新型的高溫鈦合金材料，其名義成分Ti-5.8 Al-4 Sn-4 Zr-0.5 Ta-0.7 Nb-0.4 Si-0.06C，通過加入較高含量的鋁、硅、鋯、鈮、鉭、錫等元素來進(jìn)行合金化，

可以顯著改善合金的耐熱性，獲得優(yōu)異的高溫蠕變抗力，因此準(zhǔn)確測定TG6中合金元素的含量對TG6鈦合金的研發(fā)具有重要意義。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法相對于化學(xué)分析方法具有線性范圍寬、基體效應(yīng)小、檢出限低、靈敏度高、快速簡便等特點(diǎn)，在冶金、地質(zhì)、環(huán)境等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[6-8]，本實(shí)驗(yàn)采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定TG6鈦合金中鋁、硅、鋯、鈮、鉭、錫等，對TG6樣品的溶解、分析譜線選擇、基體及共存元素干擾，儀器條件的優(yōu)化等進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)，建立了適于測定TG6中鋁、硅、鋯、鈮、鉭、錫的分析方法，并進(jìn)行了加入回收試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對照試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

美國Perkin Elmer公司生產(chǎn)的Optima8300DV型全譜直讀電感耦合等離子體光譜儀。

鋁、硅、鋯、鉬、鈮、鉭、錫標(biāo)準(zhǔn)儲備液1.00 mg/mL，國家標(biāo)準(zhǔn)溶液，鋼鐵研究總院制，使用時(shí)逐級稀釋。Ti純物質(zhì)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于99.99%)。

Y內(nèi)標(biāo)溶液，0.20 mg/mL。稱取0.1270 g氧化釔(Y2O3 ,質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于(99.99%)置于150 mL燒杯中，加入20 mL鹽酸，低溫加熱至溶解完全，冷卻后移入500 mL容量瓶中，補(bǔ)加15 mL鹽酸(4.1)，用水稀釋至刻度，混勻。

實(shí)驗(yàn)用鹽酸、硝酸、氫氟酸均為優(yōu)級純,水為二次蒸餾水。

1.2 儀器工作條件

儀器分析條件:高頻頻率：40MHz；正向功率：1.3kW，檢測器：SCD；觀測方向：垂直；觀測高度：15mm，冷卻氣流量：15/min；霧化氣流量：0.65L/min；積分時(shí)間：5s。內(nèi)標(biāo)線釔：371.0nm，分析元素波長見表1。

表1 待測元素分析線波長 nm

1.3 試驗(yàn)方法

稱取0.1000g合金樣品置于100mL聚四氟乙烯燒杯中，加入10mL鹽酸(1+1)、1.5mL氫氟酸，低溫加熱溶解，反應(yīng)停止后，加入0.5mL硝酸，溶解完全后，冷卻后轉(zhuǎn)移入100mL塑料容量瓶中，加入釔內(nèi)標(biāo)溶液2.00mL，用水稀釋至刻度,搖勻。

1.4 校準(zhǔn)曲線配制

稱取0.09g純Ti數(shù)份，按1.3同步處理后移入100 mL塑料容量瓶中，根據(jù)表2中校準(zhǔn)曲線的含量，加入待測元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，用水稀釋至刻度，混勻，制備標(biāo)準(zhǔn)曲線系列溶液。

表2 校準(zhǔn)曲線含量 %

1.5 測定

于光譜儀上，在選定的工作條件下測量各待測元素的百分含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品溶解試驗(yàn)

航標(biāo)中使用硫酸溶解鈦合金樣品[9]，TG6鈦合金中加入的鉭、鈮、硅都易溶于鹽酸、硝酸、王水中的任一種與氫氟酸形成的混酸，而不溶于單一酸，因此TG6合金不能采用稀硫酸溶解，經(jīng)試驗(yàn)本樣品采用鹽酸、氫氟酸、硝酸溶解，由于硅與氫氟酸生成的四氟化硅容易在70℃以上揮發(fā)，因此樣品溶解時(shí)需要水浴控溫在70℃以下。

2.2 儀器工作參數(shù)選擇

儀器工作條件的優(yōu)化以提高檢測的靈敏度為目標(biāo)，霧化氣流量是ICP分析方法關(guān)鍵的參數(shù)之一，影響中心通道內(nèi)各種參數(shù)和分布，因此需對霧化氣流速進(jìn)行優(yōu)化。在保證其它條件不變的情況下，只改變霧化氣流速，測量各元素的譜線強(qiáng)度，結(jié)果表明，上述元素的譜線強(qiáng)度隨載氣流速的增大逐步增加，當(dāng)霧化氣流速在0.65 L/ min 時(shí)達(dá)到最大后，上述元素的譜線強(qiáng)度值又隨霧化氣流速增大而減小，本試驗(yàn)選擇霧化氣流速為0.65 L/ min。

2.3 分析線的選擇

待測譜線應(yīng)免受光譜干擾、足夠的線性范圍、靈敏度高，根據(jù)光譜儀譜線庫提供的待測元素鋁、硅、鋯、鈮、鉭、錫的推薦波長及背景等效濃度、檢出限、信噪比、強(qiáng)度等參數(shù)，對待測元素的譜線進(jìn)行初選。配制上述待測元素濃度為10μg/mL的單標(biāo)準(zhǔn)溶液，在選定的波長處用進(jìn)行譜圖掃描，同時(shí)掃描基體元素鈦及主量元素鋁、硅、鋯、鈮、鉭、錫的單標(biāo)準(zhǔn)溶液，觀察待測元素的譜線受基體和主量元素的干擾情況和待測元素互相間的干擾情況，表3、4中列出了譜線選擇的結(jié)果。

表3 譜線受干擾情況

綜上所述選擇Al：394.4 nm、Si：251.6 nm、Zr：343.8 nm、Nb：269.7 nm、Ta：240.0 nm、Sn：189.9 nm為待測元素分析線，背景點(diǎn)在表4中列出。

表4 元素分析譜線及背景校正扣除點(diǎn) nm

2.4 線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢出限

根據(jù)樣品中的待測元素的含量和基體成分，配制工作曲線,其濃度范圍、相關(guān)系數(shù)見表5。

方法檢出限是選用的分析方法和所用儀器進(jìn)行微量分析的重要技術(shù)指標(biāo)，它表明該方法所能檢出某元素的最低濃度，在確定的測量條件下對試劑空白溶液進(jìn)行了11次測定，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差為其檢出限，計(jì)算出各元素的檢出限,見表5。

表5 線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限

2.5 方法的回收率和精密度

按所確定的儀器工作參數(shù)與實(shí)驗(yàn)方法，取同一批次的TG6合金樣品8份進(jìn)行了測定，并進(jìn)行了加入回收試驗(yàn)，結(jié)果見表6。取鈦合金標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對照試驗(yàn)，結(jié)果見表7。

表6 TG6合金樣品的分析結(jié)果 %

表7 鈦合金標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的分析結(jié)果

%

本實(shí)驗(yàn)選擇Al 394.4 nm、Si 251.6 nm、Zr 343.8 nm、Nb 269.7 nm、Ta 240.0 nm、Sn 189.9 nm為分析線，進(jìn)行了樣品溶解研究、優(yōu)化了儀器條件、對樣品進(jìn)行了加入回收和精密度試驗(yàn)，回收率95～102%，RSD≤0.81%。使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行了數(shù)據(jù)對比，數(shù)據(jù)相符性高。試驗(yàn)結(jié)果表明本方法可以消除基體和主量元素的光譜干擾，靈敏度高，檢出限低。本方法快速、準(zhǔn)確,可用于TG6鈦合金中鋁、硅、鋯、鈮、鉭、錫含量的測定。

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[9] HB 7716.13-2002鈦合金化學(xué)成分光譜分析方法.

Determination of Al,Si,Zr,Nb,Ta and Sn in TG6 alloys by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.

Gao Song1，2，Pang Xiaohui1,2，Liang Hongling1

(1.AVICBeijingInstituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095,China; 2.BeijingKeyLaboratoryofAeronauticalMaterialsTestingandEvaluation,Beijing100095,China)

A method for determination of Al,Si,Zr,Nb,Ta and Sn in TG6 alloys by ICP-AES was proposed. The experiment of instrument parameters, sample dissolution, selection of analysis lines，the effect of matrix and coexistent elements on the determination，the comparisons of reference materials and the analytial results were carried out. The recovery rate is 95%-102%，RSD≤0.64%.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry；TG6 alloys

高頌，女，1978年出生，高級工程師，碩士，就職于中航航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院。

10.3936/j.issn.1001-232x.2015.04.006

2014-07-31