惰氣脈沖熔融熱導法測定鈮鈦合金中氫含量

趙 飛 楊軍紅 翟通德 王 芳

(西部金屬材料股份有限公司，西安 710016)

惰氣脈沖熔融熱導法測定鈮鈦合金中氫含量

趙 飛 楊軍紅 翟通德 王 芳

(西部金屬材料股份有限公司，西安 710016)

為準確測定鈮鈦合金中氫含量，使用LECO-404氫分析儀，采用惰性氣氛脈沖加熱熔融試樣，熱導法測定。研究了不同的脫氣功率對空白值和試樣分析值的影響，選擇了脫氣功率為4 500 W。通過助熔劑實驗，選擇了0.50 g錫作為鈮鈦合金中氫釋放的助熔劑。驗證了鈦標準樣品的適用性。確定了分析功率為3 500 W，最短積分時間為60 s。精密度實驗中氫含量測定的相對標準偏差(RSD)為2.5%～5.5%，加標回收率為97.82%～104.5%，可以準確測定鈮鈦合金中氫含量。研究結果對準確測定鈮鈦合金中氫含量具有指導意義。

鈮鈦合金；惰氣脈沖熔融；熱導法；氫

前言

鈮鈦合金是由鈮和鈦兩種元素組成的超導合金。合金中Ti的含量一般在46%～50%范圍內，是應用最廣的超導材料。鈮鈦超導材料由于具有良好的超導性能和優異的機械性能，是目前應用范圍最廣的低溫超導材料，其用量占整個超導市場的90%以上[1]。在電工、交通、醫療、工業、國防和科學實驗等高科技領域都有著重要的現實意義和巨大的發展前景[2]。金屬中的氫易使金屬中產生空隙使金屬變脆，因此準確測定該材料的氫含量顯得尤其重要[3-4]。目前鈮、鈦中氫含量的測定均采用脈沖加熱-熱導法[5-6]，該方法操作簡便，分析速度快，準確度高。鈮鈦合金中氫含量的測定未見報道，本分析方法的研究，不但能及時解決鈮鈦中氫的測定問題，而且對于保障該產品的質量具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

RH-404氫測定儀(美國LECO公司)，該儀器由脈沖電極爐、內置天平、熱導檢測系統和計算機系統組成。試樣由落樣器投入已脫氣的熾熱石墨坩堝，高溫下試樣中的氧與石墨生成CO，經舒茨試劑將其氧化成CO2，再被堿石棉吸收。氫和氮以H2和N2形式釋放，經色譜柱分離后，H2隨同氬氣進入熱導檢測器，利用H2和氬氣熱導的顯著差異，由熱導檢測器檢測后，計算機顯示測定結果。

鈦標準樣品(LECO 502-024，(22.8±3.8) μg/g)；氣體分析用錫片助熔劑(φ8 mm×1 mm)，ω(H)≤0.0001%；載氣用氬氣(質量百分數為99.995%)；光譜純高溫石墨坩堝；均勻Nb47Ti試樣。

1.2 試樣處理

Nb47Ti試樣，使用機械裝置慢速旋轉從實驗樣品上切取加工試樣，不用潤滑液。從樣品心部剪切，取樣后用丙酮洗干凈，晾干后取樣。

1.3 實驗方法

儀器開機預熱1 h，待各項參數穩定且達到預設值后，平行三次測定系統、助熔劑和石墨坩堝空白值，進行空白校正。然后平行測定LECO 502-024標準樣品三次，進行儀器校準。將稱取的試樣置于落樣器中，于下電極放置石墨坩堝，點分析按鈕，儀器自動檢測并顯示氫含量。

2 結果與討論

2.1 錫助熔劑的質量

鈮鈦合金中的氫釋放困難，為使氫達到較好的釋放效果，采用錫片作為助熔劑。稱取0.10 g鈮鈦試樣，選擇助熔劑質量為0.10～1.00 g，分析功率為3 500 W，測定結果見表1。由表1可以看出，當錫助熔劑的質量不大于0.30 g時，助熔效果不好，試樣中的氫釋放不穩定，質量為0.40～1.00 g時，氫釋放穩定。由于高溫下錫揮發較強，產生的粉塵對儀器有不利影響，實驗選擇助熔劑質量為0.50 g。

表1 錫助熔劑質量實驗

2.2 脫氣功率對空白值的影響

選擇從3 600 W至5 500 W遞增的脫氣功率，坩堝中加入0.50 g錫助熔劑，進行空白值測定，統計結果如圖1所示。

圖1 脫氣功率對空白值的影響Figure 1 Effects of degassing power on blank value.

由圖1可以看出，當脫氣功率為3 600～4 000 W時，空白值逐漸降低，4 100～5 500 W時，空白值穩定。當脫氣功率升高，錫助熔劑和石墨的揮發增加，對儀器會造成不利影響，因此，實驗選擇脫氣功率為4 500 W。

2.3 鈦標準樣品適用性驗證和分析功率的選擇

因鈦標準樣品與鈦試樣基體成分相近，實驗選擇用均勻鈦試樣與鈮鈦合金試樣做釋放條件對比。分別稱取0.10 g鈦和鈮鈦試樣，選擇脫氣時間為30 s，選擇從2 000 W至4 800 W遞增的分析功率，按實驗方法檢測氫含量，所得統計結果如圖2所示。

圖2 不同功率下氫測定結果Figure 2 Determination results of hydrogen under different powers.

由圖2可以看出，在相同分析功率下，鈮鈦合金與鈦試樣釋放情況相近，因此可選擇使用鈦標準樣品校準。鈮鈦合金在分析功率為3 200～4 800 W時氫測定結果穩定。但當分析功率升高時，石墨與錫助熔劑的揮發增加，會產生更多的微粒，易堵塞微粒過濾器，同時由于功率升高，高溫坩堝的溫度也會升高，會加速與之接觸的上、下電極的損耗，故實驗選擇分析功率為3 500 W。

2.4 精密度實驗

對均勻鈮鈦試樣，使用LECO鈦標準樣品(22.8±3.8) μg/g校準儀器，進行精密度實驗，結果如表2所示。

表2 精密度實驗

由表2可以看出，對兩組鈮鈦試樣氫含量的分析，RSD分別為5.5%和2.5%，實驗精密度良好。

2.5 加標回收實驗

選用鈦標準樣品LECO 502-024進行加標回收實驗，結果如表3所示，由表3數據可以看出，加標回收率在97.82%～104.5%，加標回收率良好，本方法可準確測定鈮鈦合金中氫含量。

表3 氫加標回收實驗

3 結語

實驗選定了鈮鈦合金中氫含量測定的脫氣、分析功率，錫助熔劑的質量，驗證了鈦標準樣品可用于脈沖熱導法測定鈮鈦合金中氫含量的校準。方法精密度良好，可準確測定鈮鈦合金中氫含量。

[1] 石新層,周愷,楊軍紅.惰氣熔融-紅外熱導法同時測定鈮鈦合金中氧和氮[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2010,30(12):30-32．

[2] 劉忠杰,肖桐,覃慶澤．焊縫金屬中可擴散氫含量的試驗研究[J]．兵器材料科學與工程(OrdnanceMaterialScienceandEngineering),2003,2(5):44-45．

[3 ] 鐘華.脈沖加熱-紅外吸收光譜法測定釩鋁合金中氫[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2013,3(2):56-59.

[4] 楊倩倩,馬紅權,郭飛飛,等.脈沖熔融-飛行時間質譜法測定Nd-Fe-B材料中的氧、氮、氫[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2013,3(4):38-40.

[5] 宋忠訓．脈沖加熱色譜法測定鋁鉬合金中氫[J]．冶金分析(MetallurgicalAnalysis),1995,15(3):52-53．

[6] 何雄杰．鈦及鈦合金中氧和氫的聯合測定[J].鈦工業進展(TitaniumIndustryProgress),2006,23(1):32-34．

Determination of Hydrogen Content in Niobium-Titanium Alloy by Inert Gas Impulse Fusion Heat Conductivity Method

ZHAO Fei, YANG Junhong, ZHAI Tongde, WANG Fang

(WesternMetalMaterialsCo,Ltd.,Xi’an,Shaanxi710016，China)

Hydrogen in niobium-titanium alloy was accurately determined by Inert gas impulse fusion heat conductivity method using LECO-404 hydrogen analyzer. The effects of different degassing power on blank value and sample analysis value and The 4 500 W was selected as degassing power.By experiment, 0.50 g tin was selected as a flux for releasing hydrogen and the applicability of titanium standard material was verified. The analysis power and shortest integral time were determined to be 3 500 W and 60 s, respectively. The RSD was between 5.5% and 2.5%, and the recovery rates were in the range of 97.82% to 104.5%.The method can determine the content of hydrogen in niobium-titanium alloy accurately．The results can provide some guidance for accurately determine the content of hydrogen in niobium-titanium alloy.

niobium-titanium alloy； inert gas impulse fusion; heat conductivity method； hydrogen

10.3969/j.issn.2095-1035.2017.02.004

2016-08-30

2017-01-05

趙飛，男，工程師，主要從事金屬材料成分檢測研究。E-mail：8246670@qq.com

O659.2

A

2095-1035(2017)02-0015-03

本文引用格式：趙飛,楊軍紅,翟通德,等. 惰氣脈沖熔融熱導法測定鈮鈦合金中氫含量[J].中國無機分析化學,2017,7(2):15-17. ZHAO Fei, YANG Junhong, ZHAI Tongde,et al. Determination of Hydrogen Content in Niobium-Titanium Alloy by Inert Gas Impulse Fusion Heat Conductivity Method[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry,2017,7(2):15-17.