４０ 分析仪器 ２０１５年第２期 ＩＣＰ—ＡＥＳ法测定钛合金中钼铌铝铁硅 吣 ０，。一 ． 庞晓辉 ・。 高 颂 王桂军 （１．中航工业北京航空材料研究院，北京１０００９５Ｉ２．航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京１０００９５） 摘要：介绍了用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ＩＣＰ－－ＡＥＳ）法测定钛合金中Ｍｏ、Ｎｂ、Ａ１、Ｆｅ、Ｓｉ元素的 方法。样品采用盐酸、氢氟酸和溶解，考察了钛合金基体和共存元素对待测元素的影响，确定了各待测元素分 析线分别为Ｍｏ ２０２．０３１ ａｍ、Ｎｂ ２６９．７０６ ｎｍ、Ａｌ ３９４．４０１ ｎｍ、Ｆｅ ２３９．５６２ ｒｌｍ、Ｓｉ ２５１．６１１ ｎｍ。选定的待测元素 分析线不受合金基体和共存元素的干扰，通过在校准曲线溶液中进行基体匹配消除基体的影响，通过加入内标控 制测量波动，选择了仪器工作参数，进行了标准物质对照试验，试验结果与标准值相符，进行了加入回收试验，回收 率在９０－－－１１０ 之间，相对标准偏差小于６ 。 关键词：钛合金；Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ；ＩＣＰ—ＡＥＳ Ｄ０Ｉ：１０．３９３６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—２３２ｘ．２０１５．０２．００９ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏ，Ｎｂ，Ａｉ，Ｆｅ ａｎｄ Ｓｉ ｉｎ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｂｙ ＩＣＰ－ＡＥＳ．Ｐａｎｇ Ｘｉａｏｈｕｉ ，Ｇａｏ Ｓｏｎｇ ， Ｗａｎｇ Ｇｕｉｊｕｎ （１．ＡⅥＣ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｂｅｉｊｉｎｇ １００９５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｆｅ ａｎｄ Ｓｉ ｉｎ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｂｙ ＩＣＰ—ＡＥＳ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｗａｓ ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄ ｗｉｔｈ ＨＣｌ，ＨＦ ａｎｄ ＨＮＯ３．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｌｉｎｅｓ ｗｅｒｅ Ｍｏ ２０２．０３ １ ｎｍ， Ｎｂ２６９．７０６ ｎｍ，Ａ１３９４．４０１ ｎｍ，Ｆｅ２３９．５６２ ｎｍ ａｎｄ Ｓｉ２５１．６１１ ｎｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｍａｔｒｉｘ ａｎｄ ＣＯ— ｅｘｉｓｔ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｔｈｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｉｎ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｒａｔｅ ｗａｓ ｆｒｏｍ ９０ ｔｏ １１０ ，ｔｈｅ ＲＳＤ ｗａｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ６ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ；Ｍｏ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｓｉ；ＩＣＰ—ＡＥＳ 钛合金比重小，比强度高，耐热性和抗腐蚀性 好，具有较宽的工作温度，在航空航天工业中获得 了广泛应用。钛合金中（如ＴＢ８钛合金）加入大量 原子吸收法钼的测定范围０．０１～５．００ ，ＩＣＰ— ＡＥＳ法分析钼的分析上限也是５．ＯＯ ，国外标准中 ＡＳＴＭ Ｅ２３７１～１３钛和钛合金的ＩＣＰ—ＡＥＳ方法 高熔点同晶元素钼、铌等（名义成分其名Ｔｉ一 １５Ｍｏ一２．７Ｎｂ一３Ａ１—０．２Ｓｉ．），使合金具有超高 钼的测定上限８．ｏ０ ，均无法满足新型钛合金的分 析要求。ＩＣＰ—ＡＥＳ法由于其灵敏度高、线性范围 宽、基体干扰小，可多元素同时分析等特点已获得 强度、高抗氧化性和耐腐蚀性，可用于制作有温度 要求的飞机结构件、蜂窝件、紧固件和液压管材，还 可用作金属基复合材料的基体、铸件［１ ］。在现行 广泛使用Ｌ５ ］。本实验研究了采用ＩＣＰ—ＡＥＳ法同 时测定钛合金中Ｍｏ、Ｎｂ、Ａ１、Ｆｅ、Ｓｉ元素，进行了钛 的分析方法中，国标中钛合金中各元素的分析主要 有化学分析方法［３］，化学法是单元素分析，操作步骤 繁琐，耗时长，使用试剂多，工作效率低，现在已很 少使用，航标中钛合金的分析采用原子吸收法和电 合金样品溶解、分析谱线选择、干扰消除、仪器参数 优化等试验，进行了标准物质对照和加入回收试 验，建立了适用于钛合金中Ｍｏ、Ｎｂ、Ａ１、Ｆｅ、Ｓｉ等元 素分析方法。 感耦合等离子体原子发射光谱法（ＩＣＰ—ＡＥＳ） ］， 作者简介：庞晓辉，男，１９６４年出生．技师，从事材料化学成分分析研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｐａｎｇｘｉａｏｈｕｉ１３６＠ｓｉｎａ．ｔｏｍ。 ２０１５年第２期 １ 实验部分 １．Ｉ仪器及工作条件 分析仪器 Ｙ内标溶液，０．２０ ｍｇ／ｍＬ。 ４１ 称取０．１２７０ ｇ氧化钇（Ｙ：０。，质量分数不小于 （９９．９９ ）置于１５０ ｍＬ烧杯中，加入２Ｏ ｍＬ盐酸， 美国Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ公司生产的Ｏｐｔｉｍａ５３００Ｖ 低温加热至溶解完全，冷却后移入５００ ｍＬ容量瓶 中，补加１５ ｍＬ盐酸，用水稀释至刻度，混匀。 １．３试验方法 型全谱直读电感耦合等离子体光谱仪。高频频率： ４０ＭＨｚ；正向功率：１．１ｋＷ，观测高度：１５ｍｍ，冷却 气流量：１２Ｌ／ｍｉｎ，载气流量：０．８Ｌ／ｍｉｎ，辅助气流 量：０．２Ｌ／ｍｉｎ； １．３．１试样溶液的制备 称取０．１０００ｇ试样于１５０ｍＬ烧杯中，加入 １ＯｍＬＨＣｌ，１ｍＬ ＨＦ，ｌｍＬ ＨＮＯ３低温溶解（水浴控 温７Ｏ。Ｃ），待试样完全溶解，冷却，加入Ｙ内标溶液 ２．ＯＯｍＬ，转移到１００ｍＬ塑料容量瓶中用水定容，混 匀待测。 １．３．２校准曲线溶液的制备 分析元素谱线： Ｍｏ ２０２．０３１ｎｍ、Ｎｂ ２６９．７０６ ｎ／ｎ、Ａ１ ３９４．４０１ｎｍ、 Ｆｅ ２３９．５６２ ｎｍ、Ｓｉ ２５１．６１１ ｎｍ Ｉ．２试剂及标准溶液 盐酸、、氢氟酸均为优级纯，水为去离子 水，基准钛纯度大于９９．９５ 。 分别称取０．０８ｇ纯钛４份，于４个１５０ｍＬ聚四 氟乙烯烧杯中，分别加入适量待测元素钼、铌、铝、 铁、硅的标准溶液，然后按试样溶液的制备步骤进 行，配制成校准曲线溶液，校准曲线系列溶液浓度 见表１。 所用器皿烧杯为聚四氟乙烯材料，容量瓶为塑 料容量瓶，各待测元素钼、铌、铝、铁、硅单标准储备 液均为１．００ｍｇ／ｍＬ的国家标准溶液，国家钢铁材 料测试中心制，使用时根据需要配制成适当浓度的 混合标准溶液。 表１校准曲线溶液浓度ｕ，ｇ／ｍＬ １．３．３测量 金，另外本方法需要分析硅元素，硅与氢氟酸在高 在选定的仪器工作条件下上机测量，根据各元 温时会生成四氟化硅气体挥发，因此溶解时需要控 制温度在７Ｏ。Ｃ以下，本方法采用１０ｍＬＨＣｌ，１ｍＬ ＨＦ，ＩｍＬ ＨＮＯｓ低温溶解方法进行样品处理。 （２）溶液酸度控制 素校准曲线溶液的浓度和对应信号强度值，以待测 元素浓度为横坐标，测得的强度为纵坐标绘制校准 曲线，再测样品溶液的信号强度，根据校准曲线求 得待测样品中元素含量。 溶液酸度的大小对ＩＣＰ光谱仪谱线激发强度 有影响，一般溶液酸度越大激发的谱线强度随之减 弱，即酸效应，因此必须保持校准曲线溶液和样品 溶液的酸度一致，本实验选择溶液酸度控制在１Ｏ％ 左右，保证样品溶解时快速溶解完全。 ２．２分析线选择 ２结果与讨论 ２．１样品溶解试验 （１）一般钛合金可以用稀硫酸溶解，也可采用 盐酸加氢氟酸溶解或者加氢氟酸溶解，航标中 ＩＣＰ—ＡＥＳ方法处理钛合金采用硫酸溶解，加 选择各待测元素Ｍｏ、Ｎｂ、Ａ１、Ｆｅ、Ｓｉ的灵敏线 数条，用各待测元素的单标准溶液（１Ｏｕｇ／ｍＬ）和基 体钛（１．ＯＯｍｇ／ｍＬ）的单标准溶液在仪器上做谱图 扫描，考察待测元素谱线受干扰情况，试验结果表 氧化的方法，但采用稀硫酸溶解钛合金样品时速度 慢，溶解过程不易控制。经试验采用盐酸、氢氟酸 加溶解钛合金效果较好，可很快溶解各类钛合 ４２ 分析仪器 ２０１５年第２期 明基体钛对低含量元素铁、硅有背景干扰，测量时 校准曲线需用钛进行基体匹配，钼对铝、钛对铌的 灵敏线有谱线干扰，经选择对比，最终确定待测元 素的分析线和扣背景点，见表２。 ｎｍ 表２元素分析谱线及扣背景点 ２．３内标的选择 元素，进行加入内标和不加内标测量数据的对比， 分别处理６份同钛合金样品，选择加内标（Ｙ内标溶 液０．２ｍｇ／ｍＬ，加入２．００ｍＬ）和不加内标方式进行 上机测量，试验结果（ｎ一６），见表３。 由于钛合金中待测元素含量较高，测量过程中 受各种因素影响数据会有波动，因此需要加入内标 元素对测量波动进行控制。本实验选Ｙ作为内标 表３ 内标对测量精密度的影响 Ｍｏ １４．９２ ２．７４ ３．１ Ｏ．１９ Ｏ．６Ｏ Ｏ．７６ ４．１ ２．９ １５．Ｏ３ ２．８１ ３．１２ ０．８６ Ｎｂ １．２１ １．Ｏ６ ５．２ Ａ１ Ｆｅ Ｓｉ Ｏ．Ｏ８ Ｏ．１９ Ｏ．Ｏ８ Ｏ．２Ｏ ３．８ 结果表明加入可以改善测量的精密度，本实验 采用加内标的方法。 ２．４检出限、回收率和相关系数 准曲线溶液引入光谱仪，以溶液浓度为横坐标，以 发射的谱线强度为纵坐标绘制校准曲线，对空白溶 液进行了１１次测定，计算其标准偏差，以３倍的标 准偏差为其检出限，方法的检出限，线性范围、相关 方法的检出限是选用的分析方法和所用仪器 进行分析的重要技术指标，它表明该方法所能检测 元素的最低浓度，在确定的仪器测量条件下，将标 系数见表４。 表４检出限、线性范围和相关系数 ２０１５年第２期 ２．５加入回收试验和标准物质对照试验 分析仪器 ４３ 合金标准物质做标准物质对照试验，试验结果见表 ５、表６。 取１１份钛合金样品进行了加入回收试验，取钛 表５回收率和精密度 表６标准物质（１０１１０１ＸＴｉｌ）对照结果 ３ 结论 本方法采用ＩＣＰ—ＡＥＳ法对含有高量钼的新 型钛合金中钼、铌、铝、铁、硅元素的分析进行了研 究，对钛合金样品的溶解、酸度的选择进行了试验。 考察了基体和主量元素对待测元素的干扰情况，选 定了分析线，优化了仪器的工作参数，进行了标准 物质对照试验，测定结果与标准值相符；对钛合金 样品进行了加入回收试验，回收率在９Ｏ～１ｌＯ 之 间，相对标准偏差小于６ 。结果表明本方法准确 ［２］蔡建明，曹春晓，新一代６００。Ｃ高温钛合金材料的合金设 计及应用展望［Ｊ］，材料工程，２０１４，（３４）：２７—３６． Ｅ３］ＧＢ／Ｔ ４６９８．２１—１９９６６海绵钛、钛及钛合金化学分析方法 发射光谱法测定锰、铬、镍、铝、钼、锡、钒、钇、铜、锆含 量》． Ｉ－４］ＨＢ ７７１６．１～１４—２００２￣钛合金化学成分光谱分析方法》． ［５］李慧芝，翟殿棠，许崇娟，等．发射光谱法同时测定钛基复 合材料中的镍铁钼锰和硼的研究［Ｊ］．光谱学与光谱分 析，２００７，２７（６）：１２０４—１２０６． Ｅ６］庞晓辉，高颂，王桂军．ＩＣＰ－ＯＥＳ法测定ＴＢ６钛合金中杂 质元素ＥＪ］．分析仪器，２０１４，（１）：４３—４６． 可靠，回收率、精密度满足分析的要求，能解决新型 钛合金中高量钼的检测需求，已经应用于实际检测 工作中。 参考文献 ［７］庞晓辉，电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛合金 中贵金属元素ＥＪ］，冶金分析，２０１２，（３２）：４５—４８． ［８］杜米芳，李治亚，李景滨等，电感耦合等离子体原子发射 光谱法测定海绵钛合铁硅锰镁［Ｊ］，冶金分析，２００９，２９ （７）：２４—２７ 收稿日期：２０１４—１０—１６ ［１３李萍，段园培，薛克敏，等．ＴＢ８钛合金的热变形组织与结 构ＥＪ］．中国有色金属学报，２０１２，卷（期）：５７—５９．
