CN101149316B - 金基合金化学成份分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以盐酸、硝酸混合酸为溶剂，通过调整温度和添加氧化剂的方法快速对金基合金进行溶解，为对其化学成份的准确分析提供了保障，同时AuAgNiCu22-3-1金基合金为例对其理论依据和实验结构进行了描述，通过采用氨水直接分解氯化银，采用空气-乙炔贫燃火焰原子吸收光谱方法连续测定AuAgNiCu22-3-1金基合金溶解液中Ag、Ni、Cu元素的含量，并经过多水平多因素正交试验，最终确定了盐酸、硝酸混合酸的配比为4∶1，本发明的分析方法误差小于2％，回收率大于95.0％，是一种经济、快捷的检测方法。

Description

金基合金化学成份分析方法

技术领域

本发明涉及一种化学分析方法，尤其是一种难溶解材料的化学成份的分析方法，具体地说是一种金基合金化学成份分析方法。

背景技术

金基合金(如AuAgNiCu22-3-1)材料是一种重要的金属材料，被广泛地应用于制造高精度伺服机构，为了保证产品质量，必须对其化学成份进行严格的控制。对于使用该材料的用户，由于没有高精分析设备(如发射光谱、核磁共振设备)对其进行化学成份分析，因此在对其主要化学成份如金、银、镍、铜分析时最常用是化学分析法，但遇到的最大难题是如何使其溶解，然后再对溶解液进行相应成份检测。而由于金基合金的特性所限，采用常用的王水进行溶解时会发生溶解反应愈来愈慢，最后溶解反应就停止了的现象。将试样取出发现表面附着一层白色的氯化银，正是该层氯化银沉淀物使试样基体与溶液隔离导致溶解反应停止。而据申请人所知，目前对此类问题尚无相应的处理办法，因此，目前此类材料的用户均无法自行获得所购材料的准确成份，完全听从生产企业的出厂合格证，有时用户为了保证产品质量必须到生产企业进行相应的检测，造成了很大的不便，对用户的安全使用造成了潜在的隐患，因此，发明一种能快速准确地检测其化学成份的方法是当务之急。

发明内容

本发明的目的是针对利用化学溶解法检测金基合金时由于溶解难以彻底而无法进行的问题，发明一种金基合金化学成份分析方法。

本发明的技术方案是：

一种金基合金化学成份分析方法，它包括试样溶解和分析，其中试样溶解又包括溶解液的配制和溶解，其特征是：所述的溶解液配制是指配制盐酸和硝酸比为4～5∶1的基本溶解液；所述的溶解是指将试样放入基本溶解液后置于加热板上缓慢加热直至试样完全溶解，得到检测液供后续的分析设备使用。

具体而言，当所述的金基合金为AuAgNiCu22-3-1时，其分析步骤为：

首先，利用盐酸和硝酸配制基本溶解液，使盐酸：硝酸为4∶1；

其次，称取0.1000g试样，精确至0.0001g，将试样置于250ml烧杯中，加入40ml 4∶1的盐硝混酸基本溶解液；

第三，将上述盛有上述试样和基本溶解液的烧杯置于加热板上缓慢加热分解，直至分解反应结束；

第四，向上述反应结束的烧杯中加入高氯酸并将其立即置于加热炉上快速加热，直至试样完全分解，停止加热并使烧杯自然冷却至室温，得到检测液，其中高氯酸的加入量为5ml；

第五，将上述冷却后的检测液按需要检测的化学成份分成相应的份数送入相应的检测仪中进行检测；其中在检测银的含量时应首先用氨水对相应的检测液进行中和，并使其中的氯化银沉淀物完全分解。

所述的加热炉为功率在1500～2000W之间的电炉。本发明的有益效果：

本发明首先解决了金基合金溶解的难题，通过改变常用的王水中盐酸的配比，成功地解决了溶解难题，同时通过大量实验发现，在溶解过程中进行加热和添加高氯酸是提高溶解速度的关键，为此类合金的工厂化验提供了简单易行的方法，有利于企业提高产品质量，杜绝不合格材料流入生产工序中。此外，本发明的方法具有简单易行，无需大的投资，在金基合金溶解后即可利用常规的分析设备对溶解液中的相应成份进行分析。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

加大盐酸：硝酸的比使其大于传统的3∶1的比例是实现氯化银完全溶解防止沉淀的关键措施，有利于溶解的完全进行，克服传统的配比中由于氯化银覆盖在试样表面而阻止溶解的深度进行。

其次通过缓慢加热促进了溶解的速度。

下面以一个具体的金基合金为例对本发明作进一步的说明。

一种AuAgNiCu22-3-1金基合金化学成份分析方法，它包括以下工作过程：

一、试样的分解

称取0.1000g试样，精确至0.0001g。将试样置于250ml烧杯中，加入40ml 4～5∶1(具体实施时，盐酸∶硝酸的比例为4∶1)的盐硝混酸，盖上表面器皿，置于电热板上缓慢加热分解。观察到分解反应终止时(反应时间大约1小时)，将分解反应终止的试样液迅速转移到1500-2000W的电炉上，加入5ml高氯酸，继续加热至试样分解完全冒高氯酸烟30s后冷却至室温得到检测液。将冷却的检测液吹水(清洗仪器内壁)10ml左右，滴加1∶1的氨水致使溶液清亮；再过量5滴(使AgCl充分溶解在氨水中；把以上溶液移入1000ml容量瓶中，用水洗涤三次烧杯，并倒入瓶中，以水稀释至刻度，混匀即可送入相应的检测仪器进行成份检测。

二、稀释体积

分解好的试样按表4稀释的体积混匀，按表3测定条件进行各元素的测定。

表4

元  素	含量  (％)	分析母液体  积  (ml)	分取母液体  积  (ml)	稀释体  积  (ml)	工作曲线性范  围  (μg/ml)
						Ag	20.0～  25.0	1000	10.0	100	0.50～3.0
Ni	1.0～4.0	1000	-	-	0.50～5.0
						Cu	1.0～2.0	1000	-	-	0.25～3.0

三、绘制工作曲线

分别将银、镍、铜标准储备液配成标准系列，银为0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00(μg·ml^-1)，镍为0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00(μg·ml^-1)，铜为0.00、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、3.00(μg·ml^-1)。

按表3的各元素测定条件进行分析，银、镍、铜含量分别在0.50～3.00、0.50～5.00、0.25～3.00(μg·ml^-1)范围内呈线性关系，分别得出回归方程，见表5。

表5回归方程及工作曲线范围

元素	回归方程	相关系数(R)	工作曲线范围  (μg/ml)
				Ag	Y＝0.040297X+0.006261	0.9996	0.50～3.00
Ni	Y＝0.935509X+0.002446	0.9999	0.50～5.00
				Cu	Y＝0.074159X+0.000195	0.9999	0.25～3.00

四、验证

按以上确定的试验方法进行加标回收率试验，结果见表6。

表6样品分析结果(n＝4)

元素名称	分析值    (％)	标准加入量  (％)	标准偏差  (s)	总量分析    (％)	回收率    (％)
						Ag	22.01	5.00	0.12	27.04	100.60
Ni	3.03	2.00	0.02	5.09	103.00
						Cu	1.02	1.00	0.03	2.04	102.00

表6结果表明，回收率在95％以上，该方法简便、快捷、重复性良好，回收率好，相对偏差小。为AuAgNiCu22-3-1金基合金材料中Ag、Ni、Cu元素含量的测定提供了可靠的保证。

以下是本发明方法的理论依据和实验结果分析。

正如本发明背景技术中所提，目前AuAgNiCu22-3-1金基合金化学成份分析中遇到的首要难题是试样如何完全溶解的问题，其次是解决AgCl沉淀物如何分解的问题。

1、试样不能溶解的原因分析和解决思路

一般金基合金的溶解采用王水为溶剂，但在溶解中发现溶解反应愈来愈慢，最后溶解反应就停止了。将试样取出发现表面附着一层白色的氯化银，正是该层氯化银沉淀物使试样基体与溶液隔离导致溶解反应停止。

如果这个假设正确，那么解决问题的思路可从两方面入手：一是减慢在基体上形成致密氯化银沉淀物的速度，使样品溶解反应进行到底；二是增高溶解温度加快溶解反应速度，当溶解速度大大加快时，沉积物难以形成致密的覆盖层，这样就可使溶解反应进行到底。

基于上述思考，解决问题的措施可从：如何加快溶解反应速度和如何减慢氯化银膜的形成速度上入手。

2、盐硝混酸配比试验

由于AgCl能溶解于浓盐酸中，因此，如果王水中盐酸比例增大，那就可使溶解反应中形成的AgCl较多地溶于溶液中，沉积在试样表面AgCl将减少，使其难以形成薄膜，以达到使样品溶解反应进行到底的目的。因此改变盐酸硝酸的比例是解决问题的方法之一。

3、增高温度试验

增高反应温度应该是加快反应速度的有效措施。温度对反应速度的影响，主要体现在对反应速度常数k的影响上，k值增大，反应速度相应加快，根据实验总结出一个近似规则：温度升高10度反应速度常数就增大1.7倍，反应速度一般将增大2～4倍以上。

4、增添氧化剂-高氯酸

高氯酸是一种氧化性能比硝酸、盐酸更强的酸，对加快反应速度是有利的，同时高氯酸添加剂对解决第二个问题-AgCl的分解也将起积极作用。

解决金基合金溶解的问题可以从三个方面入手：即改变王水中盐酸与硝酸的比例；改变温度；增添氧化剂。下面是一些具体的研究试验结果。

5、试验方案设计

按三因素三水平设计方案

A因素—代表盐酸和硝酸的配比

B因素—代表氧化剂添加量(ml)

C因素—代表溶液温度(℃)

每个因素的三个水平见表1

表1金基合金分析方法正交试验表头设计(三因素三水平)

6、试验结果

试验结果见表2

表2表金基合金分析方法正交试验安排(三因素三水平)

7、试验结果分析

从表2及其它研究试验中可看出以下几点：

a)A因素即盐酸比例是主要因素，4/1是试样溶解的必要条件。

b)从表2中看好像温度影响不明显，但从其它试验中证明，温度及温度的上升速率对溶解反应的影响是很大的。试验表明始终保持高温100℃，试样溶解也将停止。必须在溶解反应中，溶解温度从常温逐渐升高到100℃，使溶解反应的速度逐渐提高，以补偿沉淀的AgCl覆盖在试样上造成的溶解速度的下降，使溶解反应能继续进行。这正好验证前面分析的试样不能溶解的机理是正确的。

c)添加氧化剂，对加快反应速度也有一定的效果，尤其是解决沉淀物的分解上效果十分显著。

AgCl沉淀物的分解

试样中的银在分解时与溶剂中的氯离子反应生成了AgCl沉淀，需将AgCl沉淀物分解，方可定量分析银元素。根据有关文献资料报导，AgCl沉淀物可以用氨水、硫代硫酸钠、浓盐酸分解。

下面对这几种分解法进行比较。

用硫代硫酸钠分解法

用硫代硫酸钠分解法必须先将试样溶液中的AgCl过滤分离出来。过滤分离氯化银时易发生漏滤，将影响分析准确度。

浓盐酸分解法

用浓盐酸分解法，以分析条件要求较高，因此一般不予采用。

氨水分解法

该分解法使用1∶1的氨水先进行酸碱中和，再使用过量的氨水直接分解试样中的氯化银，此方法简单、快速、安全、准确度高。因此，从节约和方便的角度出发，分解AgCl沉淀物时优选氨水为溶剂。

8、主要仪器与试剂

3510型原子吸收分光光度计；

Ag、Ni、Cu标准储备液的浓度分别为：0.100mg/ml；所用试剂均为分析纯。

仪器工作条件

以3510原子吸收分析应用银、镍、铜、元素推荐的分析条件为依据，经试验选定了仪器最佳工作条件见表3。

表3各元素测定条件

元素	波长  (λ  /nm)	灯电流  (I/mA)	光谱带宽  (Aλ  /nm)	燃烧高  度  (cm)	乙炔流量    (L/min)	空气流量    (L/min)	找峰时负高    压    (V)
								Ag	328.1	2.0	0.2~0.4	0.6	1.3	6.5	250
Ni	232.0	2.0	0.1～0.2	0.6	1.0	6.5	250
								Cu	324.8	2.0	0.4	0.6	1.0	6.5	280

由于金基合金的物理、化学性能具体广泛的相似性，本文虽然仅以AuAgNiCu22-3-1金基合金为例对其主要化学成份分析起先阐述，但其方法可推广到其它牌号的金基合金中使用，也就是说其它牌号的金基合金完全或采用或参照本发明的方法进行。

Claims (3)

1.一种金基合金化学成份分析方法，它包括试样溶解和分析，其中试样溶解又包括溶解液的配制和溶解，其特征是：所述的溶解液配制是指配制盐酸和硝酸比为4～5∶1的基本溶解液；所述的溶解是指将盛有试样和基本溶解液的烧杯置于加热板上缓慢加热分解，直至分解反应结束，向上述分解反应结束后的烧杯中加入高氯酸并将其立即置于加热炉上快速加热，直至试样完全分解，并在检测银的含量时使用1∶1的氨水先进行酸碱中和，再使用过量的氨水直接分解试样中的氯化银；得到检测液供后续的分析设备使用。

2.根据权利要求1所述的金基合金化学成份分析方法，其特征是所述的金基合金为AuAgNiCu22-3-1，其分析步骤为：

首先，利用盐酸和硝酸配制基本溶解液，使盐酸∶硝酸为4∶1；

其次，称取0.1000g试样，精确至0.0001g，将试样置于250ml烧杯中，加入40ml 4∶1的盐硝混酸基本溶解液；

第三，将上述盛有上述试样和基本溶解液的烧杯置于加热板上缓慢加热分解，直至分解反应结束；

第四，向上述反应结束的烧杯中加入高氯酸并将其立即置于加热炉上快速加热，直至试样完全分解，停止加热并使烧杯自然冷却至室温，得到检测液，其中高氯酸的加入量为5ml；

第五，将上述冷却后的检测液按需要检测的化学成份分成相应的份数送入相应的检测仪中进行检测；其中在检测银的含量时使用1∶1的氨水先进行酸碱中和，再使用过量的氨水直接分解试样中的氯化银。

3.根据权利要求1或2所述的金基合金化学成份分析方法，其特征是所述的加热炉为功率在1500～2000W之间的电炉。