CN102680307B - 含碳的钨合金中游离碳的收集方法和测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法包括步骤：a)将样品置于耐氢氟酸容器中，加入用于溶解样品中的化合碳的硝酸和氢氟酸，以形成样品溶液；b)向样品溶液中加入碱性试剂至样品溶液呈碱性或中性；c)将所述样品溶液用设置有玻璃纤维膜的过滤装置进行过滤；d)干燥所述玻璃纤维膜得到游离碳样品。本发明的含碳的钨合金中游离碳的测定方法则对上述游离碳样品进行游离碳含量的测定。本发明采用的过滤材料使用安全，对人的身体无危害；方法操作简便，过滤速度快，大大缩短了分析时间。采用本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法最终制备成的游离碳样品，可方便地用重量法、红外吸收法等方法进行游离碳含量的测定，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及材料中游离碳的检测，更具体地讲，涉及含碳的钨合金（如碳化钨及钨基混合料）中游离碳的收集方法及测定方法。
背景技术
碳化钨是生产硬质合金的一种基础材料，其中游离碳含量的高低直接影响后续硬质合金成品的性能，因此快速、准确测定碳化钨、碳化钨-钴混合粉等含碳的钨合金材料中的游离碳含量尤为重要。制备含碳的钨合金中游离碳样品的基本流程是先用无机酸溶解含碳的钨合金中的化合碳，同时游离碳不溶于酸溶液；再将试液进行过滤，从而收集样品溶液中的游离碳，将收集到的游离碳连同过滤材料烘干，供定碳分析仪检测用。整个检测过程中，游离碳的收集对分析速度和游离碳结果的准确性有着重要的影响。
目前，针对碳化钨等含碳的钨合金材料中游离碳的收集方法，现有技术中公开了多种收集及检测方法，如《硬质合金化学分析方法不溶（游离）碳量的测定重量法》、《银碳化钨电触头化学分析方法酸分解－气体容量法测定游离碳》等标准，如《碳化钨和硬质合金中总碳、化合碳及游离碳测定方法研究》、《陶瓷过滤器在碳化物游离碳测定中的应用》、《碳化铬中游离碳的分析检测方法》等期刊文献，以及如公开号为CN101329242A的中国专利等专利文献，其中主要涉及两种收集游离碳的方法，一是传统的酸洗石棉过滤法，具体为使用底部有多个细孔的坩埚（陶瓷、石英、金属铂等材质）中装填酸洗石棉；二是使用坩埚底部有毛细孔的专用透水坩埚或陶瓷过滤器的方法。
上述两种方法主要存在以下不足：①由于酸洗石棉的细小纤维进入人体内后极易致癌，操作人员长期接触该材料人身安全存在较大的风险；②在坩埚中装填酸洗石棉的紧密程度直接影响酸液的过滤速度和游离碳的收集效果，该方法易引入较大的人为误差；③专用陶瓷坩埚或过滤器毛细孔的质量不稳定，常出现“穿滤”的情况，结果准确性差，同时一些专用坩埚制备的游离碳样品仅能供高频感应-红外定碳仪测定用，还存在一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用安全，操作简便、快速，并且能有效收集含碳的钨合金中游离碳的方法，同时最终制备的游离碳样品能方便地用重量法、红外吸收法等方法进行游离碳含量的测定。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种含碳的钨合金中游离碳的收集方法，所述收集方法包括步骤：a）将样品置于耐氢氟酸容器中，加入用于溶解样品中的化合碳的硝酸和氢氟酸，以形成样品溶液；b）向样品溶液中加入碱性试剂至样品溶液呈碱性或中性；c）将所述样品溶液用设置有玻璃纤维膜的过滤装置进行过滤；d）干燥所述玻璃纤维膜得到游离碳样品。
根据本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法，所述碱性试剂为氨水。
根据本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法，所述过滤装置为真空抽滤装置。
根据本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法，所述干燥步骤使用烘箱、马弗炉来干燥所述玻璃纤维膜。
根据本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法，所述向样品溶液中加入碱性试剂的步骤还包括对所述样品溶液进行稀释和/或降温的步骤，以降低所述向样品溶液中加入碱性试剂的步骤中所产生的热量。
根据本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法，所述玻璃纤维膜的孔径为0.2-0.5微米。
根据本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法，所述耐氢氟酸容器为四氟乙烯容器或铂皿。
本发明的另一方面提供了一种含碳的钨合金中游离碳的测定方法，所述测定方法对上述所获得的游离碳样品进行游离碳含量的测定。
根据本发明的含碳的钨合金中游离碳的测定方法，所述测定方法为重量法或红外吸收法。
本发明与现有技术相比，其采用的过滤材料使用安全，对人的身体无危害；方法操作简便，过滤速度快，大大缩短了分析时间。采用本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法最终制备成的游离碳样品，可方便地用重量法、红外吸收法等方法进行游离碳含量的测定，适用范围广。
具体实施方式
下面对本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法及测定方法进行详细地描述。
本发明的思路主要在于，为了避免使用易致癌的酸洗石棉，本发明采用玻璃纤维膜来收集游离碳，但由于酸溶化合碳过程中需要使用氢氟酸，而玻璃纤维膜不耐氢氟酸的侵蚀，因此本发明采用在反应后的样品溶液中添加氨水等碱性试剂的方法，使氟离子与铵离子反应生成氟化铵或氟化氢氨等氟盐，从而可以避免氢氟酸的腐蚀作用，但又由于生成的氟盐在热水中易分解成氢氟酸和氨气，因此在实施过程中为了降低酸碱中和过程中产生的热量并降低样品溶液的温度，需要对样品溶液采取稀释和降温处理，例如，可以通过向样品溶液中添加低温碱性溶剂和低温蒸馏水达到降温的目的，继而用玻璃纤维膜来收集游离碳。
具体地，在本发明的示例性实施例中，所述含碳的钨合金中游离碳的收集方法包括如下步骤：
首先，将含碳的钨合金样品置于耐氢氟酸容器中，加入用于溶解样品中的化合碳的硝酸和氢氟酸，以形成样品溶液。溶解过程中，尽量将整个样品溶液混匀以完全地溶解样品中的化合碳。其中，耐氢氟酸容器须耐氢氟酸的腐蚀，优选为四氟乙烯容器或铂皿。
然后，向样品溶液中加入碱性试剂至样品溶液呈碱性或中性。这一步骤主要是为了消除样品溶液中的氢氟酸，因此最好在待样品中的化合碳溶解完全并且待样品溶液冷却至室温后进行，这样可以最大限度的中和氢氟酸。理论上也可用除氨水之外的其它碱性试剂来中和氢氟酸，但本发明优选地选用氨水作为碱性试剂是因为氨水可以溶解在溶样过程中生成的钨酸沉淀，而其它碱性试剂的效果较差。并且，碱性溶剂的温度不宜太高，最好为0-5℃的低温，这样可以在一定程度上降低反应后的样品溶液温度。
在此步骤中，为了进一步降低向样品溶液中加入碱性试剂的步骤中所产生的热量并抑制氢氟酸的逆向生成，本实施例还包括对样品溶液进行稀释和/或降温的步骤，具体地，可以加入0-10℃的蒸馏水，对样品溶液进行稀释和/或降温的处理后可以尽可能的减轻氢氟酸的腐蚀作用，并且该稀释和/或降温的步骤可以在向样品溶液中加入碱性试剂的步骤之前或之后进行，加入顺序对样品溶液的组成没有影响。
之后，将样品溶液用设置有玻璃纤维膜的过滤装置进行过滤。具体操作时，将至少1张玻璃纤维膜设置在过滤装置上，倒入上述呈碱性的样品溶液进行样品溶液的过滤。为了尽可能的收集所有的游离碳，还可以再用蒸馏水清洗耐酸容器的内壁和玻璃纤维膜并对所得清洗液进行过滤。为了保证玻璃纤维膜的最佳过滤效果，优选地，玻璃纤维膜的孔径为0.2-0.5微米。为了保证过滤效果，过滤装置优选为真空抽滤装置。
最后，干燥上述过滤后的玻璃纤维膜即得到游离碳样品。干燥时，具体可采用烘箱和马弗炉对玻璃纤维膜进行干燥。例如，待过滤完成后，取出附有游离碳的玻璃纤维膜，将其放入石英坩埚中，将石英坩埚置于烘箱中于105℃下烘0.5h。为了分解玻璃纤维膜上可能残留的氟盐，可再将石英坩埚置于马弗炉中于250℃下加热20-30min，则获得游离碳样品。
其中，样品量不同，硝酸和氢氟酸的加入量也不同，而含碳的钨合金如碳化钨及钨基混合料等样品的溶解是本领域技术人员所公知的技术手段，本领域技术人员可以根据样品量进行适当的操作以获得样品溶液。
在本发明的一个实施例中，当含碳的钨合金样品量为0.50-2.50g时，加入15-75mL硝酸，硝酸的质量浓度为65-68%，再分多次滴加5-10mL氢氟酸，氢氟酸的质量浓度不少于40%。待样品中的化合碳溶解完全并且待样品溶液冷却至室温后，加入0-10℃的蒸馏水20-100mL，再加入0-5℃的氨水（ρ0.90g/mL）15-70mL直至样品溶液呈碱性，再用玻璃纤维膜对样品溶液进行过滤，干燥过滤后的玻璃纤维膜后即获得游离碳样品。
而本发明的含碳的钨合金中游离碳的测定方法则是对由以上收集方法获得的游离碳样品进行测定，具体地，可以采用重量法或红外吸收法进行测量。其中，重量法和红外吸收法均为本领域常用的游离碳含量测定方法。
下面通过具体的实施例对本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法及测定方法进行说明。
实施例1
共有1至3号三个样品，样品成分详见表1。称取1.000g的1号样品，置于300mL的四氟乙烯烧杯中，倒入50mL硝酸（质量浓度为65-68%），并滴加8mL氢氟酸(质量浓度不少于40%），待样品中的化合碳溶解完全并待样品溶液冷却至室温后，加入0-10℃的蒸馏水40mL，再加入0-5℃的氨水(ρ0.90g/mL）40mL直至样品溶液呈碱性。将1张玻璃纤维膜设置在真空抽滤装置上，倒入上述呈碱性的样品溶液并开启真空泵进行样品溶液的过滤，以将样品溶液中的游离碳转移至纤维膜上，再用蒸馏水清洗耐酸容器的内壁和玻璃纤维膜并对所得清洗液进行过滤。过滤完成后，取出玻璃纤维膜（游离碳附着在上面），并小心折叠好放入石英坩埚中，将石英坩埚置于烘箱中于105℃下烘0.5h，再置于马弗炉中于250℃下加热20min，则获得1号样品的游离碳样品，再以同样的步骤分别制备2号样品和3号样品的游离碳样品。
用高频感应红外碳硫分析仪（德国ELTRA公司生产的CS2000型）对上述游离碳样品进行游离碳含量的测定。其中，对1至3号的3个样品中的游离碳含量各平行测定5次，结果见表1。
表1碳化钨及其硬质合金中游离碳含量的测定结果
从表1可以看出，1至3号样品中的游离碳测定值的极差均小于标准中的允许差，说明采用本发明的收集方法可有效收集样品中的游离碳。
实施例2
4号样品为碳化钨粉标准样品(BCS352/1，英国产)。称取4号样品0.5000g，置于150mL铂皿中，倒入15mL硝酸（质量浓度为65-68%），并滴加5mL氢氟酸(质量浓度不少于40%），待样品中的化合碳溶解完全并待样品溶液冷却至室温后，加入0-10℃蒸馏水20mL，再加入0-5℃的氨水(ρ0.90g/mL）15mL至样品溶液呈碱性。将1张玻璃纤维膜设置在真空抽滤装置上，倒入上述呈碱性的样品溶液并开启真空泵进行样品溶液的过滤，以将样品溶液中的游离碳转移至纤维膜上，再用蒸馏水清洗耐酸容器的内壁和玻璃纤维膜并对所得清洗液进行过滤。过滤完成后，取出玻璃纤维膜（游离碳附着在上面），并小心折叠好放入石英坩埚中，将石英坩埚置于烘箱中于105℃下烘0.5h，再置于马弗炉中于250℃下加热20min，则获得本实施例的游离碳样品。
用高频感应红外碳硫分析仪（德国ELTRA公司生产的CS2000型）对本实施例的游离碳样品进行游离碳含量的测定。其中，对4号样品中的游离碳含量测定了8次，结果见表2。
表2碳化钨标样中游离碳的测定结果
从表2可看出，标准样品中游离碳的测定值与标准值吻合，说明采用本发明的收集方法可有效收集样品中的游离碳，并且该收集方法完全满足对碳化钨产品进行游离碳测定的要求。
实施例3
共有5至8号四个样品，样品成分见表3。称取5号样品2.50g，置于300mL四氟乙烯烧杯中，采用GB/T 5124.2-2008/ISO 3908:1985标准的方法，在75mL硝酸（质量浓度为65-68%）中滴加10mL氢氟酸(质量浓度不少于40%）并加入烧杯中，待样品中的化合碳溶解完全并待样品溶液冷却至室温后，加入0-10℃蒸馏水100mL，再加入0-5℃的氨水(ρ0.90g/mL）70mL至样品溶液呈碱性。将2张玻璃纤维膜设置在真空抽滤装置上，倒入上述呈碱性的样品溶液并开启真空泵进行样品溶液的过滤，以将样品溶液中的游离碳转移至纤维膜上，再用蒸馏水清洗耐酸容器的内壁和玻璃纤维膜并对所得清洗液进行过滤。过滤完成后，取出玻璃纤维膜（游离碳附着在上面），并小心折叠好放入石英坩埚中，将石英坩埚置于烘箱中于105℃下烘0.5h，再置于马弗炉中于250℃下加热30min，则获得5号样品的游离碳样品，再以同样的步骤分别制备6号至8号样品的游离碳样品。
用重量法对5至8号样品中的游离碳含量各平行测定了2次，结果见表3。
表3重量法测定碳化钨及其硬质合金中的游离碳结果
从表3可看出，5至8号样品中的游离碳测定值的极差均小于标准中的允许差，其中5号样品的游离碳测定值与标准值吻合，说明即使采用标准方法使用大量酸分解样品，本发明的收集方法也可有效收集样品中的游离碳，并且测定结果准确可靠。
综上所述，本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法及测定方法使用安全，操作简便、快速，并且能有效收集碳化钨及其合金中的游离碳，并且最终制备的游离碳样品能方便地用重量法、红外吸收法等方法进行游离碳含量的测定。此外，本发明采用的过滤材料使用安全，对人的身体无危害；方法操作简便，过滤速度快，大大缩短了分析时间，具有推广和应用价值。
尽管已经具体描述了本发明的含碳的钨合金中游离碳的收集方法及测定方法，但是本领域的技术人员应该知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种形式的改变。
Claims (7)
1.一种含碳的钨合金中游离碳的收集方法，其特征在于，所述收集方法包括步骤：
a）将样品置于耐氢氟酸容器中，加入用于溶解样品中的化合碳的硝酸和氢氟酸，以形成样品溶液；
b）向样品溶液中加入碱性试剂至样品溶液呈碱性或中性，并在加入碱性试剂之前或之后对所述样品溶液进行稀释和降温，其中，所述碱性试剂为0-5℃，并且通过加入0-10℃的蒸馏水进行稀释和降温；
c）将所述样品溶液用设置有玻璃纤维膜的过滤装置进行过滤，所述玻璃纤维膜的孔径为0.2-0.5微米；
d）干燥所述玻璃纤维膜得到游离碳样品。
2.根据权利要求1所述的含碳的钨合金中游离碳的收集方法，其特征在于，所述碱性试剂为氨水。
3.根据权利要求1所述的含碳的钨合金中游离碳的收集方法，其特征在于，所述过滤装置为真空抽滤装置。
4.根据权利要求1所述的含碳的钨合金中游离碳的收集方法，其特征在于，所述干燥步骤使用烘箱和马弗炉来干燥所述玻璃纤维膜。
5.根据权利要求1所述的含碳的钨合金中游离碳的收集方法，其特征在于，所述耐氢氟酸容器为四氟乙烯容器或铂皿。
6.一种含碳的钨合金中游离碳的测定方法，其特征在于，对由权利要求1至5中任一项所获得的游离碳样品进行游离碳含量的测定。
7.根据权利要求6所述的含碳的钨合金中游离碳的测定方法，其特征在于，所述测定方法为重量法或红外吸收法。
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