CN102628848A - 硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法 - Google Patents

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余卫华
张穗忠
易丽红
夏念平
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黄新雄
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Abstract

本发明公开了一种硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法，该方法为：选择对硅钢表面铁的氧化物具有溶解能力的酸性腐蚀剂和对硅钢基材具有缓蚀作用的保护剂与水混合，配制成H+离子浓度范围在2.0～6.5mol/L的缓蚀液，将待测硅钢浸泡于所述缓蚀液中，利用缓蚀液腐蚀待测硅钢表面铁的氧化物，直至观察到有气泡产生为止，将待测硅钢取出，检测腐蚀反应后的缓蚀液中铁的含量，即得到硅钢表面氧化层中铁含量数据。本方法准确性高，操作简单，快速高效，填补了现有技术的空白，为提高取向硅钢的质量提供了方向。

Description

硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法
技术领域
本发明涉及硅钢材料的镀覆技术领域，具体地指一种硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法。
背景技术
生产实践表明，取向硅钢表面的绝缘涂层对降低硅钢在使用过程中的铁损至关重要，其中，良好的硅酸镁底层是取向硅钢表面绝缘涂层的重要组成部分，它是由基体脱碳退火过程中氧化产生的SiO2薄膜，与表面涂敷的MgO涂层，在高温退火处理过程中发生2MgO+SiO2＝Mg2SiO4固相烧结反应产生的。在实际生产过程中，取向硅钢在脱碳退火阶段，钢带表面形成均匀致密的2～3μm氧化薄膜，在该氧化膜中，不仅有SiO2，还有FeO等氧化物，如果脱碳退火阶段氧化底层中SiO2、FeO等氧化物含量不合理，那么在随后的高温退火过程中，不能形成良好的硅酸镁底层，最后，导致绝缘涂层不能形成均匀一致的表层，没有良好的绝缘性能，甚至造成表面露出硅钢片基材的现象，其绝缘电阻为零，严重影响了成品质量。因此，准确测定取向硅钢脱碳退火后钢带氧化膜中的FeO、SiO2的含量有十分重要的意义。
目前，用于定量分析取向硅钢氧化底中SiO2、FeO含量的方法主要有傅立叶变换红外线光谱法。如藤村亨等日本专家采用了傅立叶变换红外光谱法(FT-IR)测量硅钢氧化底层中FeO和SiO2含量的比值，并用该值评价取向硅钢板最终产品的薄膜附着性，但该方法无法测定取向硅钢氧化层中铁的准确含量。现有技术中尚未报道有测定硅钢表面氧化物中铁的含量的化学分析方法。
发明内容
本发明的目的在于填补现有技术的空白，提供一种能够简单且准确有效的硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法。
为实现上述目的，本发明所设计的硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法，包括如下步骤：
1)选择对硅钢表面铁的氧化物具有溶解能力的酸性腐蚀剂和对硅钢基材具有缓蚀作用的保护剂与水混合，配制成H+离子浓度范围在2.0～6.5mol/L的缓蚀液；
2)将待测硅钢浸泡于所述缓蚀液中，利用缓蚀液腐蚀待测硅钢表面铁的氧化物，直至观察到有气泡产生为止；
3)将待测硅钢取出，检测腐蚀反应后的缓蚀液中铁的含量，即得到硅钢表面氧化层中铁含量数据。
优选地，所述酸性腐蚀剂包含有氢氟酸，更优选地，所述酸性腐蚀剂为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸中的一种或几种与氢氟酸的组合。
进一步地，所述盐酸、硝酸、硫酸、磷酸中的一种或几种与氢氟酸组合时，所选组份在缓蚀液中的摩尔浓度为：盐酸1.2～6.0mol/L、硝酸1.5～5.0mol/L、硫酸0.9～3.0mol/L、磷酸2.0～5.0mol/L；必选组份在缓蚀液中的摩尔浓度为：氢氟酸2.0～5.0mol/L。
优选地，所述保护剂为六亚甲基四胺、环乙基二炔氧甲基胺乙酸盐、十六烷胺、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化胺壳聚糖、苯并三氮唑、硫脲及其衍生物、咪唑啉及其衍生物、表面活性剂中的一种或几种的组合。
所述保护剂在缓蚀液中的质量占比优选为0.15～0.50％，更优选为0.15～0.30％。
优选地，所述硫脲的衍生物为丙烯基硫脲、甲基硫脲、乙基硫脲。
优选地，所述咪唑啉的衍生物为2-甲基咪唑啉、2-异丙基咪唑啉、三苯环咪唑啉季胺盐。
优选地，所述表面活性剂为十六烷基吡啶溴化铵、N-取代烷基喹啉季胺盐、聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯、月桂酰肌氨酸、N-烷基月桂酰胺、十二烷基硫酸钠、N-烷基甜菜碱、Tween系列表面活性剂。
本发明的原理在于对硅钢的选择腐蚀法，由于硅钢基材中的主要成分为铁，因此，区分基材中的铁和硅钢表面氧化层中的铁成为了测定硅钢表面氧化层中铁含量的关键，否则硅钢基材中的铁将严重干扰测量结果。为了避免硅钢基材中铁的干扰，具体而言，将试样浸泡在缓蚀液中，缓蚀液由一定量的保护剂和一种或多种腐蚀剂组成，而在相应时间内，由于试样基材中的铁与保护剂的相互作用不溶于缓蚀液中，当硅钢表面的氧化物被腐蚀完后，硅钢基材开始与缓蚀液反应，此时观察到有气泡产生，迅速取出硅钢，再于电感耦合等离子体发射光谱仪上测定反应后的缓蚀液中铁的含量。
本发明的有益效果：所提供的硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法准确性高，操作简单，快速高效，填补了现有技术的空白，为提高取向硅钢的质量提供了方向。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
将取向硅钢片1切割成长宽为2cm×2cm的试样；
准备缓蚀液，缓蚀液含有4.8mol/L的盐酸和3.0mol/L的氢氟酸，且缓蚀液还含有质量百分比浓度为0.30％的六亚甲基四胺；
将试样浸泡于上述缓蚀液中，直至观察到有气泡产生，立即取出试样，然后利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定反应后的缓蚀液中铁的含量，所测得的铁含量为3.37mg/L。
实施例2
将取向硅钢片1切割成长宽为2cm×2cm的试样；
准备缓蚀液，缓蚀液含有4.8mol/L的盐酸和3.0mol/L的氢氟酸，且缓蚀液还含有质量百分比浓度为0.35％的十六烷胺；
将试样浸泡于上述缓蚀液中，直至观察到有气泡产生，立即取出试样，然后利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定反应后的缓蚀液中铁的含量，所测得的铁含量为3.44mg/L。
实施例3
将取向硅钢片1切割成长宽为2cm×2cm的试样；
准备缓蚀液，缓蚀液含有2.5mol/L的硫酸和3.0mol/L的氢氟酸，且缓蚀液还含有质量百分比浓度为0.20％的硫脲和0.26％的咪唑啉；
将试样浸泡于上述缓蚀液中，直至观察到有气泡产生，立即取出试样，然后利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定反应后的缓蚀液中铁的含量，所测得的铁含量为3.30mg/L。
实施例4
将取向硅钢片1切割成长宽为2cm×2cm的试样；
准备缓蚀液，缓蚀液含有2.0mol/L的硫酸、4.0mol/L的磷酸和3.5mol/L氢氟酸，且缓蚀液还含有质量百分比浓度为0.21％的苯并三氮唑和0.15％六亚甲基四胺；
将试样浸泡于上述缓蚀液中，直至观察到有气泡产生，立即取出试样，然后利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定反应后的缓蚀液中铁的含量，所测得的铁含量为3.48mg/L。
实施例5
将取向硅钢片2切割成长宽为2cm×2cm的试样；
准备缓蚀液，缓蚀液含有4.5mol/L的硝酸和4.0mol/L氢氟酸，且缓蚀液还含有质量百分比浓度为0.25％的2-异丙基咪唑啉和0.20％甲基硫脲；
将试样浸泡于上述缓蚀液中，直至观察到有气泡产生，立即取出试样，然后利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定反应后的缓蚀液中铁的含量，所测得的铁含量为4.05mg/L。
实施例6
将取向硅钢片2切割成长宽为2cm×2cm的试样；
准备缓蚀液，缓蚀液含有3.0mol/L的磷酸和2.5mol/L的氢氟酸，且缓蚀液还含有质量百分比浓度为0.27％的十六烷基吡啶溴化铵；
将试样浸泡于上述缓蚀液中，直至观察到有气泡产生，立即取出试样，然后利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定反应后的缓蚀液中铁的含量，所测得的铁含量为4.04mg/L。
实施例7
将取向硅钢片2切割成长宽为2cm×2cm的试样；
准备缓蚀液，缓蚀液含有2.5mol/L的硫酸和3.0mol/L的氢氟酸，且缓蚀液还含有质量百分比浓度为0.15％的环乙基二炔氧甲基胺乙酸盐；
将试样浸泡于上述缓蚀液中，直至观察到有气泡产生，立即取出试样，然后利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定反应后的缓蚀液中铁的含量，所测得的铁含量为4.27mg/L。
需要说明的是，由于氢氟酸、磷酸均为弱酸，不能完全电离，所以即使采用稍高一些的浓度，上述实施例配置得到的缓蚀液的H+离子浓度范围仍在2.0～6.5mol/L以内。
上述实施例中，硅钢片1的检测数值在3.30mg/L～3.48mg/L范围内，硅钢片2的检测数值在4.04mg/L～4.27mg/L范围内，各实施例检测出的数据相对标准偏差小于5％，所得的数据真实有效，准确的测定了硅钢表面氧化物中铁的含量。

Claims (10)

1.一种硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
1)选择对硅钢表面铁的氧化物具有溶解能力的酸性腐蚀剂和对硅钢基材具有缓蚀作用的保护剂与水混合，配制成H+离子浓度范围在2.0～6.5mol/L的缓蚀液；
2)将待测硅钢浸泡于所述缓蚀液中，利用缓蚀液腐蚀待测硅钢表面铁的氧化物，直至观察到有气泡产生为止；
3)将待测硅钢取出，检测腐蚀反应后的缓蚀液中铁的含量，即得到硅钢表面氧化层中铁含量数据。
2.根据权利要求1所述的硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法，其特征在于：所述酸性腐蚀剂包含有氢氟酸。
3.根据权利要求2所述的硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法，其特征在于：所述酸性腐蚀剂为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸中的一种或几种与氢氟酸的组合。
4.根据权利要求3所述的硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法，其特征在于：所述盐酸、硝酸、硫酸、磷酸中的一种或几种与氢氟酸组合时，所选组份在缓蚀液中的摩尔浓度为：盐酸1.2～6.0mol/L、硝酸1.5～5.0mol/L、硫酸0.9～3.0mol/L、磷酸2.0～5.0mol/L；必选组份在缓蚀液中的摩尔浓度为：氢氟酸2.0～5.0mol/L。
5.根据权利要求1～4任一项所述的硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法，其特征在于：所述保护剂为六亚甲基四胺、环乙基二炔氧甲基胺乙酸盐、十六烷胺、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化胺壳聚糖、苯并三氮唑、硫脲及其衍生物、咪唑啉及其衍生物、表面活性剂中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求5所述的硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法，其特征在于：所述保护剂在缓蚀液中的质量占比为0.15～0.50％。
7.根据权利要求5所述的硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法，其特征在于：所述保护剂在缓蚀液中的质量占比为0.15～0.30％。
8.根据权利要求5所述的硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法，其特征在于：所述硫脲的衍生物为丙烯基硫脲、甲基硫脲、乙基硫脲。
9.根据权利要求5所述的硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法，其特征在于：所述咪唑啉的衍生物为2-甲基咪唑啉、2-异丙基咪唑啉、三苯环咪唑啉季胺盐。
10.根据权利要求5所述的硅钢表面氧化层中铁含量的测定方法，其特征在于：所述表面活性剂为十六烷基吡啶溴化铵、N-取代烷基喹啉季胺盐、聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯、月桂酰肌氨酸、N-烷基月桂酰胺、十二烷基硫酸钠、N-烷基甜菜碱、Tween系列表面活性剂。
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