高頻紅外吸收光譜法測定硅氮合金中的硫

趙 綏，鄭文倩*，竇玉成

(1.昆明鋼鐵公司制造管理部，云南 昆明 650302；2.安寧市工科信局，云南 昆明 650302)

硅氮合金是通過硅和微量的合金元素結合后氮化制備的一種新型合金。在鋼鐵的冶煉過程中，當稀有金屬無法滿足冶煉需求時，硅氮合金的生產和應用具有提高鋼材強度、降低生產成本和節約資源的作用，并取得了可觀的經濟效益[1-2]。

高頻燃燒紅外吸收技術被廣泛應用于合金、鋼樣和礦物等的碳元素和硫元素的含量的分析中。本實驗中，將這一方法應用于硅氮合金中硫含量的測定，同時研究了稱樣量和助熔劑種類、用量，以及其疊放順序對硫含量分析結果的影響。該方法不僅分析速度快，而且具有較高的準確度和較好的重復性。本實驗結果為硅氮合金樣品中硫含量的測定提供了方法。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑

1)純鐵助熔劑：純度w>99.8%，粒度<1.25 mm，w(C)<0.0005%，w(S)<0.0005%；

2)純鎢助熔劑：w≥99.95%,20目≤粒徑<40目，w(C)≤0.0008%，w(S)≤0.0005%；

3)碳硫專用標準樣品：YSB C 11114—94。

1.2 實驗儀器及工作條件

碳硫分析專用高純坩堝：PT型Φ25 mm×25 mm；

鋼研納克高頻紅外碳硫分析儀(CS-3000)；LE84E型電子分析天平。

儀器的工作條件：分析流量 3 L/min，氧氣壓力 0.3 MPa，氮氣壓力 0.3 MPa，分析時間 1 min。

室內相對濕度不大于60%。

1.3 實驗方法

稱取一定質量的試樣，精確到 0.0001 g，放入碳硫專用瓷坩堝中，再加入適量助熔劑，得到混合試料。將混合試料放入高頻紅外碳硫分析儀中，按高頻紅外碳硫分析儀選定的工作條件，在新建的硅氮合金通道中進行混合試料硫含量測量。儀器自動計算得到測量值，并重復多次測定。

2 結果與討論

2.1 稱樣量的選擇

硅氮合金中硅含量較高，結構緊密，不容易分解。為了使試樣能夠充分燃燒，稱樣量不易過多。本實驗分別對10、20、30、40、50 mg 的稱樣量進行硫含量測定，結果見表1。

由表1可知，當稱樣量增加時，分析結果降低，表明稱樣量過多，導致燃燒不充分。當稱樣量為 20 mg 時，測定結果較高，試樣可以得到充分的燃燒；稱樣量在 10 mg 時，RSD為5.16%，重復性較差，可能是因為試樣不均勻，天平的稱量誤差或儀器的重復性誤差等造成的。由于硅氮合金沒有標準樣品，曲線的校準只能采用碳硫標準樣品進行校正，得出的數據和樣品標準值相近，在允許差范圍內，本次測定樣品值為0.052%

表1 稱樣量對分析結果的影響 (n=3)

2.2 助熔劑的種類和疊放順序

由于硅氮合金樣品導磁性差，因此需要添加多元助熔劑。本試驗采用鎢-鐵助熔體系。其中，純鐵的作用是提供導磁性能，純鎢則是用于提高熔融溫度[3-5]。另外，試樣與多元助熔劑的疊放順序，也能夠影響試驗效果。本實驗中發現，當樣品置于上層時，石英管的污染較為嚴重，因此采用了以下疊放次序：硅氮合金樣品置于坩堝最底部，純鐵置于中間，純鎢置于上層。因為這種疊放次序，不僅可以保證樣品能夠充分燃燒，還可以避免污染石英管，以及防止熔融物的飛濺。

2.3 助熔劑配比的選擇

選擇試樣稱樣量為 20 mg，對純鐵和純鎢的用量分別進行選擇，測試結果見表2。

表2 助熔劑用量及配比對測定結果的影響 (n=3)

由表2看出，方案3和4的結果較為理想，但考慮到節約成本，選擇方案3作為最佳分析條件，因此選擇添加 0.50 g 的純鐵，然后再加入 2.50 g 純鎢。

2.4 精密度實驗

選擇試樣稱樣量為 20 mg,平行測定11組試樣，考查方法的精密度，結果見表3。

表3 精密度試驗 (n=11)

由表3可看出，采用高頻紅外吸收光譜法來對硅氮合金中的碳含量進行測定時，精密度較好。

2.5 加標回收實驗

稱取不同質量的碳硫專用標準樣品(YSB C 11257—2015，w(S)標準值0.0023%)，添加到試樣中，分別配制3組，測定其回收率，分析結果見表4。

表4 加標回收試驗結果

由表4可看出，加標回收率在100.88%～102.56%，能夠滿足硅氮合金中碳含量的準確測定。

3 結論

本實驗利用高頻紅外吸收光譜法對硅氮合金中硫含量進行測定，通過實驗條件的優化得得出，稱樣量 0.0200 g，純鐵 0.50 g，純鎢 2.50 g 時，測定效果最好。這一方法分析速度較快，具有精密度高，穩定性好等優點，能夠滿足日常分析的需要，同時也解決了硅氮合金樣品中硫含量的測定問題。