CN102507894A

CN102507894A - 测定钛及钛合金中的氢元素含量的方法

Info

Publication number: CN102507894A
Application number: CN2011103149264A
Authority: CN
Inventors: 陈映宏
Original assignee: Pangang Group Jiangyou Changcheng Special Steel Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Jiangyou Changcheng Special Steel Co Ltd
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-10-17
Also published as: CN102507894B

Abstract

本发明公开了一种快速测定钛及钛合金中的氢元素含量的方法。所述测定钛及钛合金中的氢元素含量的方法包括下述步骤：将钛及钛合金的试样切割成质量为0.15g～0.30g的固体试样；对固体试样进行预处理，以去除固体试样表面的沾污层；将预处理后的固体试样放入定氢仪中，从而用定氢仪测定出固体试样中的氢含量。根据本发明的方法，通过采用物理手段和有机试剂对待测试样进行清洗，保证了H在制样及分析过程中不会损失，从而能够确保分析结果的准确性。

Description

测定钛及钛合金中的氢元素含量的方法

技术领域

本发明涉及钛及钛合金分析的技术领域，具体地讲，本发明涉及一种快速测定钛及钛合金中的氢元素含量的方法。

背景技术

钛材中所含的气体元素主要有碳(C)、氮(N)、氧(O)、氢(H)，钛材中的H和O主要来源于冶炼过程中的水分和潮湿的空气，并且氢和氧的含量对钛材的性能也起着至关重要的作用。因此，对于钛材来说，它所含的气体量对其本身性质有着决定性作用，因而有必要对它的气体含量进行分析研究。

目前对金属中氢的测量方法有真空熔融法、真空加热法和化学湿法等。然而，由于真空熔融法和真空加热法需要采用真空系统，所以整个设备的成本增加且操作较为复杂且分析周期长，而化学湿法分析更加难以撑握更复杂分析周期更长。因此，需要一种能够有效地对纯钛和钛合金中的气体元素H进行快速准确分析的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效地对纯钛和钛合金中的气体元素H进行准确分析的方法。

本发明提供了一种测定钛及钛合金中的氢元素含量的方法，所述方法包括下述步骤：将钛及钛合金的试样切割成质量为0.15g～0.30g的固体试样；对固体试样进行预处理，以去除固体试样表面的沾污层；将预处理后的固体试样放入定氢仪中，从而用定氢仪测定出固体试样中的氢含量。

根据本发明，对固体试样进行预处理的步骤包括：用锉刀锉去固体试样表面的沾污层，接着将固体试样放入丙酮中用超声波清洗器清洗10s～50s，然后自然风干或冷风吹干。

根据本发明，所述方法还可以包括：在测定固体试样中的氢含量之前，需对助熔剂、石墨坩埚和定氢仪的空白值进行测定。

根据本发明，所述助熔剂为金属锡。

根据本发明，在对助熔剂、石墨坩埚和定氢仪的空白值进行测定之后，用钛及钛合金的标准参考物质对定氢仪进行校准。

根据本发明，定氢仪操作时的参数为：脱气时间为100s，其中，高功率脱气60s，低功率脱气40s；对于脱气功率，高功率为仪器额定功率的100％，低功率为仪器额定功率的50％；分析时间为60s。

根据本发明的方法，通过采用物理手段和有机试剂对待测试样进行清洗，保证了氢(H)在制样及分析过程中不会损失，从而能够确保分析结果的准确性。

具体实施方式

本发明采用惰性气体熔融热导法对钛及钛合金中的氢(H)进行分析检测，通过采用物理手段和有机试剂对试样进行清洗，以此保护H在制样及分析过程中不会损失，从而确保分析结果的准确性和可靠性。

根据本发明，采用惰性气体熔融热导法测定钛及钛合金中的氢元素含量的方法的原理如下：将制备好的试样置于加样口内，并将其投入经脱气(脱气即除去石墨坩埚吸附的空气和水蒸气等气体)的石墨坩埚中，使试样在流动的惰性气体中高温熔融析出气体，使析出的氢气与其它气体分离，通过热导池检测分离出的氢，从而根据热导率的变化计算出钛和钛合金中的氢含量。

下面将详细地描述根据本发明的测定钛及钛合金中的氢元素含量的方法。

根据本发明，测定钛及钛合金中的氢元素含量的方法包括如下步骤：将钛及钛合金的试样切割成形状大小能够放入石墨坩埚的固体试样；对固体试样进行预处理，以去除固体试样表面的沾污层；将预处理后的固体试样放入定氢仪中，从而用定氢仪测定出固体试样中的氢含量。

在本发明中，利用定氢仪来测定钛及钛合金中的氢元素含量，其中，定氢仪可以采用本领域常用的设备，例如，定氢仪包括感应炉(或电极炉)、热导池测量系统、分析气流杂质去除装置和辅助净化装置。根据本发明的一个实施例，可以采用美国LECO公司生产的RH-402或RH-404定氢仪等。

具体地讲，将要测量的钛及钛合金样品切割成质量为0.15g～0.30g的固体试样，固体试样的形状大小以能够放入石墨坩埚为宜。根据本发明的一个实施例，将试样切割成适当大小的柱状，其长度约为1mm～4mm，直径为2mm～5mm，重量为0.12g～0.25g。

在本发明中，采用物理手段和有机试剂对待测试样进行了清洗，以去除试样表面的沾污物，从而降低对测量结果的影响。根据本发明的一个实施例，在对试样加工之后，可以用干净的锉刀缓慢地锉去试样表面的沾污层，以避免试样表面的杂质对测量结果的影响。然后，将加工好的试样放入丙酮中用超声波清洗10s～50s，自然风干或冷风吹干备用。根据本发明，应当用干净的镊子取放处理好的试样，以防止沾污试样。此时，将试样重量控制在0.10g～0.22g的范围内。这里，清洗用丙酮的标准是蒸发后杂质＜0.0005％的丙酮。

由于在测定氢时，试样在熔融时易于飞溅，所以为了不使试样在熔融时飞溅，采用石墨坩埚作为容器。石墨坩埚为一次性使用，由高纯石墨制成。

根据本发明，在用定氢仪测量试样中的氢含量之前，可以先对仪器进行校准，即，对定氢仪进行空白值和标准参考物质的校准。

首先，校准空白值。具体地讲，以助熔剂-高纯金属锡作为试样，在石墨坩埚中进行氢含量测定(测得值即为空白值)，其中，至少进行三次空白值的测定，测定时输入的重量是助熔剂的重量，每次测定时均使用新的坩埚。计算得到平均空白值，此空白值将在分析样品时自动扣除。如果测定的平均空白值超过0.0000±0.0001％，或者三次测定的标准偏差超过±0.0001％，则需要查明原因并作相应处置。这里，高纯金属锡指锡的含量在99.5％(质量)以上的金属锡。

接着，用钛及钛合金标准参考物质对分析仪器进行校准，该标准参考物质的氢含量应在测定范围内(0.0006％～0.0260％)，并且应与被分析样品的含量相当或稍大于被分析样品。

用定氢仪测定试样中的氢含量的步骤包括：将制备好的固体试样进行称量并记录，然后将试样放入定氢仪的投料孔，同时将装有高纯金属锡的石墨坩埚放在感应炉(电极炉)的底座上，关闭感应炉(电极炉)。启动分析程序，从而得到固体试样所含的氢含量。定氢仪的具体参数设置如下：脱气时间为100s，其中，高功率脱气60s，低功率脱气40s；对于脱气功率，高功率为仪器额定功率的100％，低功率为仪器额定功率的50％；分析时间为60s。

在本发明中，在对钛及钛合金中的氢进行测定时，采用先将装有助熔剂的坩埚脱气，助熔剂在高功率脱气过程中形成熔融池，脱气结束后再将试样从投料孔加入，而助熔剂熔融池的大小直接影响钛及钛合金中氢的析出。因此，在本发明中需要确定助熔剂的加入量。

以Ti5Al-2.5Sn(H：0.0076％)作为钛标样，通过采用不同的助熔剂量和标样量，测定钛标样的氢含量并对其熔融现象进行分析。测定的试验条件如下：脱气功率为4500W，分析功率为3700W，脱气时间为100s，比较器水平为0.25，积分时间为60s，坩埚类型为石墨坩埚。结果如下面的表1所示。

表1 助熔剂量对氢测定的影响

通过上面的表1可知，当助熔剂的加入量为1.0g时，钛标样的熔融稳定，因此，在本发明中采用助熔剂(即，金属锡)的加入量为1.0g。

由于不同的试样量对测定结果有一定的影响，所以在本发明中需要确定加入石墨坩埚中的试样量。根据本发明，拟定试样量的试验方案为：选择钛标样Ti5Al-2.5Sn(H：0.0076％)，以0.04g为梯度，分别称取0.02g～0.30g标样进行试验。测定的试验条件如下：脱气功率为4500W，分析功率为3700W，脱气时间为100s，比较器水平为0.25，积分时间为60s，坩埚类型为石墨坩埚，助熔剂为1g的锡粒。结果如下面的表2所示。

表2试样量试验

试样量(g)	氢测定值(％)
		0.020，0.021，0.021	0.00729，0.00765，0.00749
0.058，0.060，0.059	0.00753，0.00719，0.00748
		0.102，0.999，0.100	0.00744，0.00762，0.00757
0.140，0.142，0.141	0.00768，0.00749，0.00761
		0.180，0.181，0.180	0.00752，0.00763，0.00769
0.221，0.220，0.221	0.00756，0.00769，0.00757
		0.262，0.260，0.261	0.00725，0.00757，0.00731
0.301，0.298，0.299	0.00719，0.00743，0.00724

对上面的表2分析可知，当试样量小于0.10g时，重现性不够好，说明取样量偏少，代表性欠佳；当试样量大于0.22g，试样分析结果不够理想，重现性也不够好，说明试样中氢释放不够完全；当试样量在0.10g～0.22g时，结果比较理想。所以当助熔剂的量(1.0g)时，试样量不能大于0.3g。

在本发明中，为了精确地测定钛及钛合金中的的氢含量，对定氢仪中的比较器水平、积分时间和脱气时间进行了确定。具体地讲，用Ti5Al-2.5Sn(H：0.0076％)钛标样，对不同的比较器水平、积分时间和脱气时间进行了实验，定氢仪的具体试验条件如下：称取0.15左右的试样，脱气功率为4500W，分析功率为3700W，坩埚类型为石墨坩埚，助熔剂为1g锡粒。结果如下面的表3所示。

表3比较器水平、积分时间和脱气时间试验结果

由上面的表3可知，在分析氢时比较器水平为0.25，积分时间为60s，脱气时间为100s时，可以得到曲线光滑的试验结果，此时适于对钛及钛合金试样中的氢进行测定。

下面将结合具体的实施例来更详细地描述本发明。

参考例

将Ti5Al-2.5Sn(氢认定值为0.00760％)标样切割成质量为0.15g左右的固体试样，并用锉刀锉去固体试样表面的沾污层；接着将固体试样放入丙酮中用超声波清洗器清洗20s，然后自然风干；将预处理后的固体试样放入RH-402定氢仪中，测定Ti5Al-2.5Sn标样中的氢含量，分别对这种标样进行三次测定(即，测三次)，测得结果如下面的表4所示。其中，定氢仪采用如上所确定的参数：脱气时间为100s，高功率脱气60s，低功率脱气40s；脱气功率，高功率(仪器额定功率的)100％，低功率(仪器额定功率的)50％；分析时间为60s；助熔剂(高纯锡粒为1.0g)。

实施例1

将纯钛试样(氢认定值为0.00423％)切割成质量为0.20g的固体试样，并用锉刀锉去固体试样表面的沾污层；接着将固体试样放入丙酮中用超声波清洗器清洗10s，然后自然风干；将预处理后的固体试样放入RH-402定氢仪中，测定纯钛试样中的氢含量，分别对这种纯钛试样进行三次测定(即，测三次)，测得结果如下面的表4所示。其中，定氢仪采用与参考例1中的参数相同的参数。

实施例2

将TA1No.762-741(氢认定值为0.00243％)试样切割成质量为0.30g的固体试样，并用锉刀锉去固体试样表面的沾污层；接着将固体试样放入丙酮中用超声波清洗器清洗50s，然后自然风干；将预处理后的固体试样放入RH-402定氢仪中，测定钛合金试样中的氢含量，分别对这种试样进行三次测定(即，测三次)，测得结果如下面的表4所示。其中，定氢仪采用与参考例1中的参数相同的参数。

表4参考例与实施例1和2中氢的测定结果

由表4可知，参考例的钛标样的氢测定值与其认定值一致，在实施例1与实施例2中对钛试样的氢测定值与其认定值一致。因此，根据本发明的方法，通过采用物理手段和有机试剂对待测试样进行清洗，保证了氢(H)在制样及分析过程中不会损失，从而能够确保分析结果的准确性。

本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以在本发明中做出各种修改和改变。因此，本发明意图覆盖本发明的修改和改变，只要这些修改和改变落入权利要求书及其等同物的范围内即可。

Claims

1.一种测定钛及钛合金中的氢元素含量的方法，所述方法包括下述步骤：

将钛及钛合金的试样切割成质量为0.15g～0.30g的固体试样；

对固体试样进行预处理，以去除固体试样表面的沾污层；

将预处理后的固体试样放入定氢仪中，从而用定氢仪测定出固体试样中的氢含量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对固体试样进行预处理的步骤包括：用锉刀锉去固体试样表面的沾污层，接着将固体试样放入丙酮中用超声波清洗器清洗10s～50s，然后自然风干或冷风吹干。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在测定固体试样中的氢含量之前，对助熔剂、石墨坩埚和定氢仪的空白值进行测定。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述助熔剂为金属锡。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在对助熔剂、石墨坩埚和定氢仪的空白值进行测定之后，用钛及钛合金的标准参考物质对定氢仪进行校准，然后再用定氢仪测定固体试样中的氢含量。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，定氢仪操作时的参数为：

脱气时间：100s，其中，高功率脱气60s，低功率脱气40s；

脱气功率：高功率100％，低功率50％。

分析时间：60s。