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分享:电感耦合等离子体原子发射光谱法测定哈氏合金中Cr、Fe、Mn、Mo、Ni的含量

2023-07-21 15:07:18 

哈氏合金(Hastelloyalloy)由Ni、Cr、Mo、Fe等元素组成,属于高等镍基合金,镍为面心立方结构,晶体学上的稳定性使得它能够比铁基合金容纳更多的合金元素[1]。哈氏合金作为高级镍基合金,在湿氧、亚硫酸、强氧化盐介质中都有优异的抗腐蚀性能[1],同时具有优良的强度、塑性、韧性、冶金稳定性、可加工性及可焊接性,已广泛应用于航空航天、核电及船舶等领域[2]。

哈氏合金中的化学元素含量直接影响合金的性能,因此准确测定哈氏合金的化学成分是哈氏合金应用的重要保证。目前,关于哈氏合金成分的分析方法有滴定法[34]、重量法[56]和分光光度法等,这些方法几乎都有分析程序长、操作较复杂、只可单元素测定的缺点。核反应堆内辐照后的哈氏合金样品具有放射性,长时间操作会给辐射防护带来很多难题。电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICPAES)具有可同时测定多种元素、检出限低、线性范围宽、基体效应小、灵敏度高等特点,已被广泛应用[716],但针对核反应堆内辐照后哈氏合金中主要化学元素的

ICPAES分析方法还鲜有报道。本工作利用ICPAES分析技术,对辐照后哈氏合金的溶解制样方法、元素分析线的选用及仪器分析参数的优化等因素进行探讨,建立核反应堆内辐照后哈氏合金中Cr、Fe、Mn、Mo、Ni的分析方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

TJAIRISHRDUO型电感耦合等离子体原子发射光谱仪;AG245型电子天平;HUMAN型超纯水机;YQ220型超声波清洗机。Cr、Fe、Mn、Ni混合标准储备溶液:1.000g·L-1。Mo标准储备溶液:1.000g·L-1。

硝酸、盐酸、乙醇为优级纯,高纯镍纯度大于99.99%,氩气纯度为99.9995%,试验用水为超纯水。

1.2 仪器工作条件

射频发生器功率为1150 W;雾化气压力为0.152MPa;辅助气流量为0.5L·min-1;冷却气

流量为15L·min-1;蠕动泵速为100r·min-1;观测方向为水平;积分时间,长波段15s,短波段5s。

1.3 试验方法

称取试样0.1~0.2g置于微波消解罐中,加盐酸硝酸(7+1)混合酸3mL,放入微波炉中,中高火微波消解5min,待温度降至室温后,继续微波消解5min。样品完全溶解后,转移至50mL容量瓶中,用水定容。同样方法制作空白。在仪器工作条件下进行测定。

2 结果与讨论

2.1 试样前处理方法

哈氏合金在溶解制样前,先要在乙醇中超声清洗,以清洗干净试样表面因切割取样而沾污的油渍。清洗干净的试样,烘干,在保干器中保存。采用不同体积比(1∶1,3∶1,5∶1,7∶1)的盐酸硝酸混合酸对试样进行微波解,结果发现,4种不同比例的混合酸均能很好地消解样品。

2.2 分析线的选择

高频等离子体炬焰温度很高,能发射出丰富的离子和原子谱线。哈氏合金成分复杂,除镍基体外,还包括高含量的Fe、Mo、Mn等元素,谱线干扰多,有的甚至很严重。按照样品中存在的元素,配制一系列混合标准溶液、纯镍基溶液和镍基合金溶液,根据各元素的含量及性质,从仪器软件谱线库中选择

多条待测元素谱线,并进行筛选。当各元素的谱线有叠加时,尽量选择强度大,峰形好,灵敏度高,干扰小的谱线作为分析线。通过对各元素光谱干扰的考察,试验选取各元素分析线为:Cr267.716nm,Fe259.837nm,Mn257.610nm,Mo204.598nm,Ni300.249nm。

2.3 射频功率的选择

试验考察了谱线强度和信号噪声随射频功率的变化,结果表明:各待测元素的谱线强度随射频功率增加而增大,同时信号噪声也随之增加,导致信背比下降;当射频功率从950 W 增至1150 W 时,各元素信号强度增加比较大;但当射频功率从1150 W增至1350W 时,信号强度增加很小,Mn的信号强度略有降低。考虑到多元素同时测定、各元素的含量及谱线的信背比等因素,试验选择射频发生器的功率为1150W。

2.4 观测时间的选择

设定仪器的射频功率为1150 W,蠕动泵转速为100r·min-1。改变观测时间(短波段20s/长波段10s,短波段15s/长波段5s),测定各种元素的分析线强度。结果显示:当观测时间增加时,谱线强度增加,但随之背景也增强,使得信背比反而降低。试验选择观测时间为短波段15s/长波段5s。

2.5 基体效应

哈氏合金中镍的含量非常高,会干扰其他元素的测定。试验考察了在其他4种元素质量浓度均为10.0mg·L-1,镍质量浓度为1.0g·L-1时,元素分析线强度的变化。结果表明:镍基体质量浓度为

1.0g·L-1时,镍对其他4种元素皆不存在光谱干扰。

2.6 标准曲线及检出限

配制各元素质量浓度均为0,2.00,4.00,6.00,8.00,10.0mg·L-1标准溶液系列,在选定的分析线下 绘 制 标 准 曲 线,各 元 素 的 线 性 范 围 均 在10.0mg·L-1以内,线性回归方程及相关系数见表1。对空白样品溶液连续测定10次,以3倍的标准

偏差计算检出限,结果见表1。

由表1可知:各元素的线性相关系数均大于0.999,检出限均较低,能够满足分析测试的要求。

表1 线性参数和检出限


2.7 精密度与准确度

在选定的工作条件下对质量浓度为6.00mg·L-1混合标准溶液,连续测定10次,Cr、Fe、Mn、Mo、Ni测定值的相对标准偏差分别为 0.41%,0.96%,0.87%,0.43%,0.74%,说明方法精密度良好。按试验方法测定标准样品6934GH135,考察方法的准确度,结果见表2。

表2 准确度试验结果


由表2可知:测定值与认定值的相对误差在-0.54%~0.22%之间,说明方法准确度高。

2.8 样品分析

样品分析结果见表3。

表3 样品分析结果

本工作采用盐酸硝酸混合酸微波消解的制样方法,能够很好的将辐照后哈氏合金溶解,利用电感耦合等离子体原子发射光谱法对 Cr、Fe、Mn、Mo、Ni进行测定,方法简便,测定结果稳定可靠,灵敏度和准确度较高,可满足样品的分析测定工作。

(文章来源:材料测试网-理化试验-化学分册)