CN101718688B

CN101718688B - 一种测定钴基合金中硼含量的方法

Info

Publication number: CN101718688B
Application number: CN2009102595631A
Authority: CN
Inventors: 叶晓英; 高颂; 杨春晟
Original assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Current assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2029-12-21
Also published as: CN101718688A

Abstract

本发明属于合金痕量元素分析技术，涉及一种测定钴基合金中硼含量的方法。本发明采用电感耦合等离子体发射光谱仪，用20mL的盐酸、硝酸、氢氟酸处理钴基合金试样，特别是高钨试样，解决了已往溶解试样试剂用量大、试剂空白高，无法用仪器进行正常测量的疑难问题；通过进行干扰实验、谱图分析，找到了最佳分析线，克服了钴基合金中主量元素钴、铬、钼、钨等多种元素的干扰，提高了测量的准确度；方法测定范围宽，测量下线为0.002％，测量上限为0.20％，相差100倍；该专利方法测量快速，操作简便，节约了大量人力和物力。

Description

一种测定钴基合金中硼含量的方法

技术领域

本发明属于合金痕量元素分析技术，涉及一种测定钴基合金中硼含量的方法。

背景技术

目前，国内外对钴基高温合金成分的分析还没有检测方法标准，许多检测中心现行工作中使用的方法都是套用镍基高温合金的方法标准，由于钴基高温合金的特殊组织结构，使得其溶样时间远远长于其它普通的高温合金，而且如果简单地套用镍基、铁基高温合金的溶样方法，还经常存在钴基高温合金样品溶解不完全的现象。

钴基高温合金对硼元素的控制十分严格，B元素的测量下线为0.005％，测量上限为0.20％，因而，准确分析合金中硼元素含量就成了控制冶金质量的重要环节。关于合金中硼的分析，目前国内外均无准确分析该合金的方法，基本都是套用镍基高温合金方法，套用方法存在溶样时间较长，分析线的选择不确定等等导致分析周期较长等等缺点。

发明内容

本发明的目的是：提出一种分析精度高、操作简便、分析周期短、效率高的测定种测定钴基合金中硼含量的方法。

本发明的技术方案是：采用电感耦合等离子体发射光谱仪，仪器的工作条件及分析线如下：高频频率：40.68MHz；入射功率：0.95～1.1Kw；反射功率：＜15W；氩气流量：冷却气流量：12～20L/min；护套气流量：0.1～0.6L/min；样品提升量：1.0～1.5ml/min；积分时间：1～10s；元素分析线：硼182.583nm或249.773nm；

(1)、在测定过程中所使用的试剂如下：

(1.1)、盐酸，ρ1.19g/mL；优级纯或高纯或MOS级；

(1.2)、硝酸，ρ1.42g/mL；优级纯或高纯或MOS级；

(1.3)、氢氟酸，ρ1.15g/mL；优级纯或高纯或MOS级；

(1.4)、钴标准溶液：10.0mg/mL；称取5.000g；＞99.98％金属钴置于250mL烧杯中，用5～15mL盐酸(1.1)低温加热溶解后，冷却，移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；

(1.5)、硼标准溶液A：1.00mg/mL；称取5.7192g硼酸溶于20mL水中，微热使其溶解，移至500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；

(1.6)、硼标准溶液B：0.10mg/mL；移取25.00mL硼标准溶液A(1.5)于250mL容量瓶中，补加10mL硝酸(1.2)，用水稀释至刻度，摇匀；

(1.7)、硼标准溶液C：0.01mg/mL；移取25.00mL硼标准溶液B(1.6)于250mL容量瓶中，补加10mL硝酸(1.2)，用水稀释至刻度，摇匀；

(1.8)、硼标准溶液D：0.001mg/mL；移取25.00mL硼标准溶液C(1.7)于250mL容量瓶中，补加10mL硝酸(1.2)，用水稀释至刻度，摇匀；

(2)、取样和制样；分析用的试样按照HB/Z 205的要求进行取样和制样；

(3)、分析步骤如下：

(3.1)、试料：称取0.20g试料，精确到0.0001g；

(3.2)、制备试样溶液：将分析步骤(3.1)的试料置于50mL微波消解管中，加入0.5～2mL水、4～7mL盐酸(1.1)、1～5mL硝酸(1.2)、0.5～3mL氢氟酸(1.3)，常温下将酸反应后的气体赶出；将微波消解按表中条件进行设置；冷却10～20min后达50～80℃，取出微波消解管放气，开盖子，移入50mL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，待测；

微波消解条件

步骤	功率W	功率百分比％	温度爬升时间min	最终温度℃	保持时间min
						第一步	1500～1800	100	4～10	110～140	2～8
第二步	1500～1800	100	5～15	180～220	10～30

(3.3)、制备校准溶液

(3.3.1)、制备低标溶液；按该牌号中主要化学成分配制低标溶液如下；称取0.120g的纯钴，置于50mL微波消解管中，加入0.5～2mL水、4～7mL盐酸(1.1)、1～5mL硝酸(1.2)、0.5～3mL氢氟酸(1.3)，常温下将酸反应后的气体赶出；将微波消解按表中条件进行设置；冷却10～20min后达50～80℃，取出微波消解管放气，开盖子，移入50mL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，待测；

(3.3.2)、制备高标溶液；按该牌号中主要化学成分配制高标溶液如下；称取0.120g的纯钴，置于50mL微波消解管中，加入0.5～2mL水、4～7mL盐酸(1.1)、1～5mL硝酸(1.2)、0.5～3mL氢氟酸(1.3)，常温下将酸反应后的气体赶出；将微波消解按表中条件进行设置；冷却10～20min后达50～80℃，取出微波消解管放气，开盖子，移入50mL塑料容量瓶中，再加入2.00～6.00mL硼标准溶液B，用水稀释至刻度，摇匀；

(3.4)、测量试液中硼的浓度；按电感耦合等离子体原子发射光谱仪选定的工作条件，依次采用低标溶液和高标溶液对仪器进行标准化，然后，测量试样溶液中硼的浓度；

(4)、计算测量结果，得到硼含量；

按下式计算待测元素的百分含量：

w = \frac{ρ \times V \times 10^{- 6}}{m} \times 100

式中：w——试液中硼元素的百分含量，％；

ρ——试液中硼元素的质量浓度，单位：μg/mL；

v——试液体积，单位：mL；

m——试料质量，单位：g。

本发明优点是：

1)本发明采用20mL的盐酸、硝酸、氢氟酸处理钴基合金试样，特别是高钨试样，解决了已往溶解试样试剂用量大、试剂空白高，无法用仪器进行正常测量的疑难问题；

2)通过进行干扰实验、谱图分析，找到了最佳分析线，克服了钴基合金中主量元素钴、铬、钼、钨等多种元素的干扰，提高了测量的准确度；

3)方法测定范围宽，测量下线为0.002％，测量上限为0.20％，相差100倍；

4)该专利方法测量快速，操作简便，节约了大量人力和物力。

具体实施方式

实施例一

测定ZH188钴基合金中B含量，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(法国JY170)，仪器的工作条件及分析线如下：高频频率：40.68MHz；入射功率：1.0Kw；反射功率：＜15W；氩气流量：冷却气流量：15L/min；护套气流量：0.2L/min；入射狭缝：20μm；出射狭缝：15μm；样品提升量：1.2ml/min；积分时间：2s；元素分析线：硼182.583nm；

(1)、在测定过程中所使用的仪器如下：

(1.1)、盐酸，ρ1.19g/mL；优级纯；

(1.2)、硝酸，ρ1.42g/mL；优级纯；

(1.3)、氢氟酸，ρ1.15g/mL；优级纯；

(1.4)、钴标准溶液：10.0mg/mL；称取5.000g；＞99.98％金属钴置于250mL烧杯中，用15mL盐酸(1.1)低温加热溶解后，冷却，移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；

(3)、分析步骤如下：

(3.1)、试料：称取0.20g试料，精确到0.0001g；

(3.2)、制备试样溶液：将分析步骤(3.1)的试料置于50mL微波消解管中，加入1mL水、5mL盐酸(1.1)、2mL硝酸(1.2)、1mL氢氟酸(1.3)，常温下将酸反应后的气体赶出；将微波消解按表1条件进行设置。冷却15min后约达70～80℃，取出微波消解管放气，开盖子，移入50mL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，待测；

微波消解条件

步骤	功率W	功率百分比％	温度爬升时间min	最终温度℃	保持时间min
						第一步	1600	100	5	120	3
第二步	1600	100	8	200	20

(3.3)、制备校准溶液

(3.3.1)、制备低标溶液；按该牌号中主要化学成分配制低标溶液如下；称取0.120g的纯钴，置于50mL微波消解管中，加入1mL水、5mL盐酸(1.1)、2mL硝酸(1.2)、1mL氢氟酸(1.3)，常温下将酸反应后的气体赶出；将微波消解按表1条件进行设置。冷却15min后约达70～80℃，取出微波消解管放气，开盖子，移入50mL塑料容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，待测；

(3.3.2)、制备高标溶液；按该牌号中主要化学成分配制高标溶液如下；称取0.120g的纯钴，置于50mL微波消解管中，加入1mL水、5mL盐酸(1.1)、2mL 硝酸(1.2)、1mL氢氟酸(1.3)，常温下将酸反应后的气体赶出；将微波消解按表1条件进行设置。冷却15min后约达70～80℃，取出微波消解管放气，开盖子，移入50mL塑料容量瓶中，再加入2.00～6.00mL硼标准溶液B，用水稀释至刻度，摇匀；

(3.5)、计算测量结果，得到B含量；按下式计算待测元素的百分含量：

w = \frac{ρ \times V \times 10^{- 6}}{m} \times 100

B的含量为0.0024％。

实施例二

测定ZH188钴基合金中B含量，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(美国IRISintrepidII)，仪器的工作条件及分析线如下：高频频率：40.68MHz；入射功率：1.15Kw；反射功率：＜15W；氩气流量：冷却气流量：15L/min；辅助气流量：1.0L/min；泵速：冲洗泵速150rpm(2.77ml/min)；分析泵速120rpm(2.22ml/min)；紫外积分时间：5s；元素分析线：硼182.641nm；

(1)、在测定过程中所使用的仪器如下：

(1.1)、盐酸，ρ1.19g/mL；优级纯；

(1.2)、硝酸，ρ1.42g/mL；优级纯；

(1.3)、氢氟酸，ρ1.15g/mL；优级纯；

(3)、分析步骤如下：

(3.1)、试料：称取0.20g试料，精确到0.0001g；

微波消解条件

步骤	功率W	功率百分比％	温度爬升时间min	最终温度℃	保持时间min
						第一步	1600	100	5	120	3

第二步

1600

100

8

200

20

(3.3)、制备校准溶液

(3.3.2)、制备高标溶液；按该牌号中主要化学成分配制高标溶液如下；称取0.120g的纯钴，置于50mL微波消解管中，加入1mL水、5mL盐酸(1.1)、2mL硝酸(1.2)、1mL氢氟酸(1.3)，常温下将酸反应后的气体赶出；将微波消解按表1条件进行设置。冷却15min后约达70～80℃，取出微波消解管放气，开盖子，移入50mL塑料容量瓶中，再加入2.00～6.00mL硼标准溶液B，用水稀释至刻度，摇匀；

(3.5)、计算测量结果，得到B含量；B的含量为0.0024％。

实施例三

测定GH188钴基合金中B含量，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(法国 JY170)，仪器的工作条件及分析线如下：高频频率：40.68MHz；入射功率：1.0Kw；反射功率：＜15W；氩气流量：冷却气流量：15L/min；护套气流量：0.2L/min；入射狭缝：20μm；出射狭缝：15μm；样品提升量：1.2ml/min；积分时间：2s；元素分析线：硼182.583nm；

(1)、在测定过程中所使用的仪器如下：

(1.1)、盐酸，ρ1.19g/mL；优级纯；

(1.2)、硝酸，ρ1.42g/mL；优级纯；

(1.3)、氢氟酸，ρ1.15g/mL；优级纯；

(3)、分析步骤如下：

(3.1)、试料：称取0.20g试料，精确到0.0001g；

微波消解条件

第二步

1600

100

8

200

20

(3.3)、制备校准溶液

w = \frac{ρ \times V \times 10^{- 6}}{m} \times 100

B的含量为0.0058％。

实施例四

测定GH188钴基合金中B含量，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(美国IRISintrepidII)，仪器的工作条件及分析线如下：高频频率：40.68MHz；入射功率：1.15Kw；反射功率：＜15W；氩气流量：冷却气流量：15L/min；辅助气流量：1.0L/min；泵速：冲洗泵速150rpm(2.77ml/min)；分析泵速120rpm(2.22ml/min)；紫外积分时间：5s；元素分析线：硼182.641nm；

(1)、在测定过程中所使用的仪器如下：

(1.1)、盐酸，ρ1.19g/mL；优级纯；

(1.2)、硝酸，ρ1.42g/mL；优级纯；

(1.3)、氢氟酸，ρ1.15g/mL；优级纯；

(3)、分析步骤如下：

(3.1)、试料：称取0.20g试料，精确到0.0001g；

微波消解条件

(3.3)、制备校准溶液

(3.3.2)、制备高标溶液；按该牌号中主要化学成分配制高标溶液如下；称取0.120g的纯钴，置于50mL微波消解管中，加入1mL水、5mL盐酸(1.1)、2mL硝酸(1.2)、1mL氢氟酸(1.3)，常温下将酸反应后的气体赶出；将微波消解按表 1条件进行设置。冷却15min后约达70～80℃，取出微波消解管放气，开盖子，移入50mL塑料容量瓶中，再加入2.00～6.00mL硼标准溶液B，用水稀释至刻度，摇匀；

w = \frac{ρ \times V \times 10^{- 6}}{m} \times 100

B的含量为0.0058％。

实施例五

测定Co60钴基合金中B含量，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(法国JY170)，仪器的工作条件及分析线如下：高频频率：40.68MHz；入射功率：1.0Kw；反射功率：＜15W；氩气流量：冷却气流量：15L/min；护套气流量：0.2L/min；入射狭缝：20μm；出射狭缝：15μm；样品提升量：1.2ml/min；积分时间：2s；元素分析线：硼249.773nm；

(1)、在测定过程中所使用的仪器如下：

(1.1)、盐酸，ρ1.19g/mL；优级纯；

(1.2)、硝酸，ρ1.42g/mL；优级纯；

(1.3)、氢氟酸，ρ1.15g/mL；优级纯；

(3)、分析步骤如下：

(3.1)、试料：称取0.20g试料，精确到0.0001g；

微波消解条件

(3.3)、制备校准溶液

w = \frac{ρ \times V \times 10^{- 6}}{m} \times 100

B的含量为0.050％。

实施例六

测定Co60钴基合金中B含量，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(美国IRISintrepidII)，仪器的工作条件及分析线如下：高频频率：40.68MHz；入射功率：1.15Kw；反射功率：＜15W；氩气流量：冷却气流量：15L/min；辅助气流量：1.0L/min；泵速：冲洗泵速120rpm(2.22ml/min)；分析泵速120rpm(2.22ml/min)；紫外积分时间：3s；元素分析线：硼182.641nm；

(1)、在测定过程中所使用的仪器如下：

(1.1)、盐酸，ρ1.19g/mL；优级纯；

(1.2)、硝酸，ρ1.42g/mL；优级纯；

(1.3)、氢氟酸，ρ1.15g/mL；优级纯；

(3)、分析步骤如下：

(3.1)、试料：称取0.20g试料，精确到0.0001g；

微波消解条件

第二步

1600

100

8

200

20

(3.3)、制备校准溶液

(3.5)、计算测量结果，得到B含量；B的含量为0.10％。

实施例七

测定GH159钴基合金中B含量，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(法国JY170)，仪器的工作条件及分析线如下：高频频率：40.68MHz；入射功率：1.0Kw；反射功率：＜15W；氩气流量：冷却气流量：15L/min；护套气流量：0.2L/min；入射狭缝：20μm；出射狭缝：15μm；样品提升量：1.2ml/min；积分时间：2s；元素分析线：硼182.583nm；

(1)、在测定过程中所使用的仪器如下：

(1.1)、盐酸，ρ1.19g/mL；优级纯；

(1.2)、硝酸，ρ1.42g/mL；优级纯；

(1.3)、氢氟酸，ρ1.15g/mL；优级纯；

(3)、分析步骤如下：

(3.1)、试料：称取0.20g试料，精确到0.0001g；

微波消解条件

(3.3)、制备校准溶液

w = \frac{ρ \times V \times 10^{- 6}}{m} \times 100

B的含量为0.025％。

实施例八

测定CoCrW钴基合金中B含量，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(法国JY170)，仪器的工作条件及分析线如下：高频频率：40.68MHz；入射功率：1.0Kw；反射功率：＜15W；氩气流量：冷却气流量：15L/min；护套气流量：0.2L/min；入射狭缝：20μm；出射狭缝：15μm；样品提升量：1.2ml/min；积分时间：2s；元素分析线：硼182.583nm；

(1)、在测定过程中所使用的仪器如下：

(1.1)、盐酸，ρ1.19g/mL；优级纯；

(1.2)、硝酸，ρ1.42g/mL；优级纯；

(1.3)、氢氟酸，ρ1.15g/mL；优级纯；

(3)、分析步骤如下：

(3.1)、试料：称取0.20g试料，精确到0.0001g；

微波消解条件

(3.3)、制备校准溶液

w = \frac{ρ \times V \times 10^{- 6}}{m} \times 100

B的含量为0.0036％。

实施例九

测定CoCrMo钴基合金中B含量，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(美国IRISintrepidII)，仪器的工作条件及分析线如下：高频频率：40.68MHz；入射功率： 1.15Kw；反射功率：＜15W；氩气流量：冷却气流量：15L/min；辅助气流量：1.0L/min；泵速：冲洗泵速130rpm(2.40ml/min)；分析泵速130rpm(2.40ml/min)；紫外积分时间：5s；元素分析线：硼182.641nm；

(1)、在测定过程中所使用的仪器如下：

(1.1)、盐酸，ρ1.19g/mL；优级纯；

(1.2)、硝酸，ρ1.42g/mL；优级纯；

(1.3)、氢氟酸，ρ1.15g/mL；优级纯；

(3)、分析步骤如下：

(3.1)、试料：称取0.20g试料，精确到0.0001g；

微波消解条件

(3.3)、制备校准溶液

(3.3.2)、制备高标溶液；按该牌号中主要化学成分配制高标溶液如下；称取0.120g的纯钴，置于50mL微波消解管中，加入1mL水、5mL盐酸(1.1)、2mL硝酸(1.2)、1mL氢氟酸(1.3)，常温下将酸反应后的气体赶出；将微波消解按表1条件进行设置。冷却15min后约达70～80℃，取出微波消解管放气，开盖子，移入50mL塑料容量瓶中，再加入4.00mL硼标准溶液B，用水稀释至刻度，摇匀；

w = \frac{ρ \times V \times 10^{- 6}}{m} \times 100

B的含量为0.20％。

Claims

1.一种测定钴基合金中硼含量的方法，其特征在于：采用电感耦合等离子体发射光谱仪A，仪器的工作条件及分析线如下：高频频率：40.68MHz；入射功率：0.95～1.1Kw；反射功率：＜15W；氩气流量：冷却气流量，12～20L/min，护套气流量，0.1～0.6L/min；样品提升量：1.0～1.5ml/min；积分时间：1～10s；元素分析线：硼182.583nm或249.773nm；

(1)、在测定过程中所使用的试剂如下：

(1.1)、盐酸，ρ1.19g/mL；优级纯或高纯或MOS级；

(1.2)、硝酸，ρ1.42g/mL；优级纯或高纯或MOS级；

(1.3)、氢氟酸，ρ1.15g/mL；优级纯或高纯或MOS级；

(3)、分析步骤如下：

(3.1)、试料：称取0.20g试料，精确到0.0001g；

微波消解条件

步骤功率W 功率百分比％温度爬升时间min 最终温度℃ 保持时间min 第一步 1500～1800 100 4～10 110～140 2～8 第二步 1500～1800 100 5～15 180～220 10～30

(3.3)、制备校准溶液

(4)、计算测量结果，得到硼含量；

按下式计算待测元素的百分含量：

w = \frac{ρ \times V \times 10^{- 6}}{m} \times 100

式中：w——试液中硼元素的百分含量，％；

ρ——试液中硼元素的质量浓度，单位：μg/mL；

v——试液体积，单位：mL；

m——试料质量，单位：g。

2.根据权利要求1所述的一种测定钴基合金中硼含量的方法，其特征是，配制低高标溶液还可使用化学成分接近的标准样品按照(3.1)～(3.2)处理后配制成所需要的低高标溶液。

3.根据权利要求1所述的一种测定钴基合金中硼含量的方法，其特征是，所述的电感耦合等离子体发射光谱仪A用另一种电感耦合等离子体发射光谱仪B所代替，该仪器的工作条件及分析线如下：高频频率：40.68MHz；入射功率：0.95～1.5Kw；反射功率：＜15W；氩气流量：冷却气流量，13～20L/min，辅助气流量，1.0L/min；泵速：冲洗泵速110～190rpm；分析泵速110～190rpm；紫外积分时间：2～10s；元素分析线：硼182.641nm。