电感耦合等离子体光谱法测定镍基高温合金中的硅、锰、磷

赵容超 唐本玲

(钢铁研究总院， 北京 100081)

镍基高温合金具有密度小、强度高、抗氧化、耐高温等优异性能，主要用于航空、航天、核反应堆和电站等领域，准确测定其中的化学成分是对材料进行质量控制的重要保证。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)具有线性范围宽、检测限低、干扰少且易排除等优点[1，2]。采用传统的溶样方式及化学检测方法对镍基高温合金中的硅、锰、磷进行测定时，耗时长且操作繁琐。因此笔者优化了样品前处理方法，缩短了样品溶解时间，采用ICP-AES对试样进行检测，确定了方法的检出限，并根据镍基高温合金中分析元素的含量范围进行了精密度及回收率等试验[3，4]。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

全谱直读等离子体光谱仪：IRIS IntrepidⅡ XSP型，配有耐氢氟酸同心雾化器和雾室，美国热电公司；

锰、磷标准溶液：10 μg/mL，吸取1 000 μg/mL的标准储备液(钢铁研究总院)，逐级稀释而成；

硅标准溶液：10 μg/mL，吸取500 μg/mL的硅标准储备溶液(钢铁研究总院)，逐级稀释而成；

实验所用其它试剂均为优级纯，实验用水为离子交换水。

1.2 仪器工作参数

高频功率：1 150 W；积分时间：短波10 s，长波5 s；载气流量：14 L/min；辅助气流量：0.5 L/min；泵速：75 r/min。

1.3 溶样方法

(1)盐酸-硝酸溶解试样

称取0.200 g试样置于150 mL烧杯中，加入10 mL盐酸-硝酸(体积比7∶1)，盖上表面皿，低温加热溶解样品至不再反应，冷却至室温，定容至50 mL容量瓶中，混匀。

(2)盐酸-硝酸-氢氟酸溶解试样

称取0.200 g试样置于聚四氟乙烯烧杯中，加入10 mL盐酸-硝酸(体积比7∶1)，低温加热样品至不再反应，冷却，缓慢加入氢氟酸0.5 mL，盖上盖子，于水温50℃的水浴锅中加热，试样溶解完全后，冷却至室温，定容至50 mL塑料容量瓶中，混匀。

2 结果与讨论

2.1 试样前处理方法

成分简单的镍基高温合金用盐酸-硝酸混合酸，高温加热可溶解完全；当样品中Nb、Ta元素含量较高时，盐酸、硝酸的混合酸溶解极其缓慢，此时加入适量的氢氟酸可加速溶解，但测定Si元素时，为了防止Si元素在温度较高时与氢氟酸生成易挥发的氟化硅，要选择温度较低的水浴进行溶解。采用盐酸、硝酸不同比例(1∶0、1∶1、3∶1、5∶1、7∶1、10∶1、0∶1)的混合酸，对试样进行溶解试验，结果发现盐酸与硝酸体积比为7∶1时，溶解时间较短。两种溶样方法相比，1.3中方法(2)能更好地满足各种成分的镍基高温合金前处理需求，因此本实验选用该方法进行样品前处理。

2.2 分析条件

(1)分析谱线的选择及干扰试验

镍基高温合金中的主要基体为Ni元素，因此本实验采用基体匹配法有效消除基体带来的干扰。基于灵敏度高、基体干扰小等原则对多条谱线进行筛选，结果表明，Mn元素的257.610 nm和293.930 nm两条谱线均无明显干扰，且灵敏度高，两条谱线测得值一致；P元素灵敏度低，可供选择的谱线少，选择常用谱线178.284 nm和213.618 nm进行检测，其中178.284 nm的谱线背景干扰相对较弱，灵敏度较高，213.618 nm的谱线左侧存在213.606 nm Mo元素谱线，干扰较强；Si元素选择185.067 nm和251.611 nm进行检测，185.067 nm处无明显干扰，251.611 nm处存在Mo元素251.611 nm的光谱重叠干扰，出现测定值增大的现象。最终选定的各元素谱线见表1。

表1 各元素的分析谱线

(2)功率、泵速、载气流量的选择

对功率、泵速、载气流量以及辅助气流量4个因素进行试验，结果表明功率为1 150W、载气流量14 L/min、辅助气流量0.5 L/min、泵速75 r/min的分析条件最佳。

2.3 工作曲线及检出限

称取与试样量相当的高纯镍(99.99%)数份，分别置于150 mL烧杯中，加入适量各元素的标准溶液，按实验方法操作，定容于50 mL容量瓶中，混匀。以各元素的浓度为横坐标(X)，分析线强度为纵坐标(Y)，绘制工作曲线，对试剂空白溶液连续测定10次，取3倍标准偏差作为仪器的检出限，线性方程、线性范围和检出限列于表2。由表2可知，相关系数均大于0.999 9，说明线性关系较好，可以满足各元素的测试要求。

表2 线性方程、线性范围和检出限

2.4 精密度与加标回收试验

采用本法加入不同量的标准溶液到已知含量的样品中(YSBC 11517-99钢铁研究总院研制)，按实验方法操作，进行精密度及回收试验，测定结果见表3。 由表3可知，测定结果的相对标准偏差小于3.0%，回收率为93.3%～106.7%，表明方法具有较高的精密度和准确度。

表3 精密度和回收试验结果(n=10) %

2.5 标准样品测定

采用本方法对3种钢铁研究总院研制的镍基高温合金标准样品中的硅、锰、磷元素进行测定，随批做标准曲线，由曲线计算试样中各元素的含量，测定结果见表3。从表3可以看出，本方法测定值与标准值基本一致，其测定结果的相对误差均小于7%，说明该方法具有较高的准确度。

表3 标准样品分析结果 %

3 结语

通过优化样品前处理方法并利用ICP-AES法快速测定镍基高温合金中的硅、锰、磷元素，方法具有良好的精密度和准确度，大大提高了工作效率，能更好地满足日常分析的需要。

[1] 辛仁轩.等离子体发射光谱分析[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2] 有色金属工业分析丛书编委会.难熔金属和稀散金属冶金分析[M].北京: 冶金工业出版社, 1992.

[3] 童坚.ICP-OES 法测定高温合金中的多种化学成分[J].分析实验室，2001,20(3)：20-22.

[4] 李超. ICP-AES测定铸铁中的硅、锰、磷、铜[J].光谱实验室，2004,21(3)：556-558.