电感耦合等离子体发射光谱法测定碳化铬基喷涂合金粉中的钨量

菅豫梅，王 培

（自贡硬质合金有限责任公司技术部，四川 自贡 643011）

碳化铬基喷涂合金粉是航空及燃机领域重要喷涂材料之一。铬基合金粉末中添加碳化钨，可提高合金粉显微硬度，增强耐磨、耐腐蚀等性能，因此，研发人员在试验过程中提出了碳化铬基喷涂合金粉中钨量的准确测定要求。碳化铬基喷涂合金粉中钨量的测定方法未见报道。文献报道钨的测定方法虽然较多，有电感耦合等离子体发射光谱法［1］，电感耦合等离子体质谱法［2］，X射线荧光光谱法［3］，极谱分析法［4］，差式光度法［5］和容量法［6］。由于此产品是烧结后极难溶的碳化铬基体，参照文献法无法进行定量测试，也未查到相应的国行标。

本试验用硫酸、磷酸和硝酸溶解样品，用氢氟酸、硝酸络合试样溶液中的钨，选择合适的仪器分析条件，采用标准工作曲线法测定碳化铬基喷涂合金粉中的钨量。方法精密度试验RSD＜5%，标准加入回收率为97.9%～113.5%。方法简便快速，适用于生产分析。

1 试验部分

1.1 试剂与材料

1.硫酸（ρ＝1.84 g／mL）。

2.磷酸（ρ＝1.70 g／mL）。

3.硝酸（ρ＝1.42 g／mL）。

4.氢氟酸（优级纯，40%）。

5.国家有色金属及电子材料分析测试中心、国标（北京）检验认证有限公司生产的钨国家标准溶液（浓度为1 000μg／mL）。

6.高纯氩气（≥99.99%）。

本方法所用水为三级纯水。

1.2 仪器

1.电子天平：感量d＝0.01 mg。

2.美国热电iCAP6300型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（配耐氢氟酸腐蚀材质的中心管、雾化器和雾化室）。

1.3 试样分析步骤

将准确称取的试样置于玻璃三角瓶中，分别加入20 mL硫酸，10 mL磷酸，置于高温电炉上加热煮沸，溶解约15 min，取下冷却。再用玻璃移液管沿杯壁缓慢加入5 mL硝酸，置于高温电炉上加热溶解完全，取下冷却。用水将三角瓶中溶液转入100 mL玻璃容量瓶中，定容，摇匀。在一个100 mL聚丙烯容量瓶中加入1.0 mL氢氟酸和3.0 mL硝酸，再分取玻璃容量瓶中的试样溶液10.0 mL于此聚丙烯容量瓶中，摇动，使钨被络合，再加水定容，摇匀。将试液在电感耦合等离子体原子发射光谱仪上，于选定的仪器测定条件下，测定试液的发射强度，通过试液与标准工作曲线发射强度比较，由计算机软件自动计算出经空白校正后的元素的质量分数。

2 结果与讨论

2.1 硫酸用量试验

平行称五份碳化铬基合金粉样品各0.100 0 g，按表1加入不同量的硫酸，再分别加10 mL磷酸，加热煮沸溶解20 min，取下冷却，再分别加5 mL硝酸，加热溶解，溶解情况见表1。

表1 硫酸用量选择

由表1知：硫酸用量在15～30 mL，样品消解完全。本试验选20 mL为硫酸用量。

2.2 磷酸用量试验

平行称四份碳化铬基合金粉样品各0.100 0 g，分别加入20 mL硫酸，按表2加入不同量的磷酸，加热煮沸溶解约20 min，取下冷却，再分别加5 mL硝酸，加热溶解，溶解情况见表2。

由表2知：磷酸用量在5～20mL，样品溶解完全。为避免高温溶解过程生成焦磷酸不溶物，本试验选10 mL为磷酸用量。

表2 磷酸用量选择

2.3 硝酸用量试验

平行称四份碳化铬基合金粉样品各0.100 0 g，分别加入20 mL硫酸，10 mL磷酸，加热煮沸溶解约20 min，取下冷却，按表3分别加入不同量的硝酸，继续加热溶解，溶解情况见表3。

表3 硝酸用量选择

由表3知：硝酸用量在2～15 mL，样品溶解完全。本试验选5 mL为硝酸用量。

2.4 最佳仪器工作参数

通过试验，对仪器的最佳工作参数进行了选择，结果见表4。

表4 最佳仪器工作参数

2.5 高含量铬、镍对钨的光谱干扰试验

2.5.1 高含量铬对钨的干扰试验

平行称两份添加了高镍的碳化铬基合金粉样品各0.100 0 g，一份按试验方法1.3操作，测试钨含量；另一份先按试验方法1.3操作，再加10 mL高氯酸，将铬氧化为高价态深棕红色，分次加3～5 g氯化钠，加热将铬生成气态氯化铬酰逸出分离，至溶液呈浅黄色或浅绿色时，取下冷却，用水定容，分取溶液，按试验方法1.3操作，测试钨含量，结果见表5。

2.5.2 高含量镍对钨的干扰试验

称一份添加了高镍的碳化铬基合金粉样品0.100 0 g，加入1 g无水碳酸钠，4 g过氧化钠，在750℃高温炉中熔融15 min，取出，用热水浸溶，铬、钨溶解，镍生成氢氧化镍沉淀。用水定容200 mL，用滤纸干过滤分离氢氧化镍后，分取溶液，按试验方法1.3操作，测试钨含量，结果见表5。

由表5比较，采用三种不同样品处理方法，分离铬或镍与未分离铬或镍的钨检测结果比较，相对偏差小于6%。本试验选不分离铬、镍的酸溶法为样品处理方法，操作更简便，更适于生产分析。

表5 干扰试验数据

2.6 测量谱线选择试验

称1＃碳化铬基合金粉样品，按试验方法1.3操作，在ICP发射光谱仪上进行测量，比较钨的不同谱线谱图，选择最佳的测试谱线，具体见表6。

表6 测量谱线选择

比较表6，本试验选λ＝207.911 nm和λ＝209.475 nm峰位作为钨的测试峰位。λ＝207.911 nm灵敏度更高，作为测试首选波长。

2.7 标准工作曲线试验

1.在五个容量瓶中各加入1.0 mL氢氟酸和3.0 mL硝酸，再分别加入0、0.10、0.50、1.00、2.00 mL钨标准溶液，用水稀释至刻度，摇匀，各标准溶液浓度为0、100、500、1 000、2 000μg／100 mL。

2.在选定的仪器条件测定标准系列溶液钨元素的发射强度，通过计算机中的程序自动绘制拟合曲线，如图1、图2所示。

图1 钨标准工作曲线（λ＝207.911 nm）

图2 钨标准工作曲线（λ＝209.475 nm）

由图1、图2知，钨元素标准曲线相关系数大于0.999 5%，说明两个峰位曲线线性良好，可用于生产分析。

2.8 方法检测限和定量下限试验

采用标准工作曲线对方法检测限MDL进行测定，定量下限RQL为10倍的MDL，测定结果见表7。

表7 方法检测限和定量下限μg／100 mL

由表7知，仪器对钨的方法检测限＜1.50 μg／100 mL，定量下限＜15.0μg／100 mL，测试灵敏度能满足铬基合金粉中钨量的准确测试。

2.9 钨测试倍比试验

分别称1＃、2＃碳化铬基合金粉样品各0.100 0 g和0.200 0 g，测试钨含量，结果见表8。

表8 倍比试验

由表8可知，两种称样量相对偏差小于5%。为减少处理时间，本试验选0.100 0 g为样品称样量。

2.10 精密度试验

平行称1＃、2＃碳化铬基合金粉样品各10份，称样量为0.100 0 g，测试钨含量，结果见表9。由表9知相对标准偏差小于5%，本试验精密度能满足生产分析需要。

表9 精密度试验 %

2.11 加标回收试验

平行称取2＃、3＃碳化铬基合金粉样品0.100 0 g各两份，按表11定量加入钨元素标准溶液，进行加标回收试验，结果见表10。

表10 加标回收试验 %

由表10知：加标回收率为99.3%～107.2%，准确性可满足生产分析需要。

3 结 论

碳化铬基喷涂合金粉是航空及燃机领域重要喷涂材料之一，是极难溶样品。本试验采用硫酸、磷酸和硝酸可完全溶解样品，用氢氟酸、硝酸可以络合试样溶液中的钨，避免加水稀释过程产生钨酸沉淀，影响分析准确度。在电感耦合等离子体发射光谱仪上采用标准工作曲线法测定碳化铬基喷涂合金粉中的钨量。方法快速，易操作，能满足生产分析的需要。