CN102879383A - 一种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中钽含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中钽含量的方法，分析步骤如下：称取试料；制备试样溶液；制备校准溶液；绘制工作曲张；测量试样溶液中钽的浓度；计算测量结果，得到钽的含量。本发明克服了样品难以溶解、测量谱线干扰严重等问题，大大较快了溶样速度，通过基体匹配消除了基体对测量元素的光谱干扰，提高了测量的准确度。溶样、测量快速，操作简便，节约了大量的人力和物力。

Description

一种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中钽含量的方法

技术领域

本发明是一种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中钽含量的方法，属于合金元素分析技术领域。

背景技术

目前，国内外对钴基高温合金化学成分的分析还没有检测方法标准，在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，尤其是为了提高钴基合金的耐高温性能加入的高熔点元素钽，钽的加入通过增加共晶γ'量和减缓自由态硫对抗氧化的有害作用从而减少合金的氧化增重和延缓氧化皮剥落，提高合金的抗氧化能力，这样一来使得样品更难以溶解。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。加上钴基体谱线复杂引起测量干扰较大，因此有必要对含钽钴基合金的溶样和光谱干扰等问题进行研究。高颂等在2009年申请专利《一种测定CoCrMo钴基合金中铝、钛、锰、镍、钨、铁含量的方法》，虽然解决了普通钴基合金的溶样及测定问题，但是此方法对于加入高熔点元素钽后的钴基合金的溶解和测量不适用。

ICP分析具有准确、快速、多元素同时分析的特点，广泛应用在地质、冶金、机械制造、环境保护、生物医学、食品等领域，具有良好的检出限和分析精密度，基体干扰小，线性动态范围宽，分析工作者可以用基准物质配制成一系列的标准，以及试样处理简便(比化学分析)等优点。微波消解技术是近年来发展的一种使用高温、高压密闭容器的方法针对难溶金属的一种高效溶样技术。

但是目前国内现在尚没有针对含钽钴基高温合金的分析方法，普通钴基高温合金采用盐酸、硝酸溶解，过程中使用硫磷酸冒烟的溶样方法，就可以溶解，而含钽钴基高温合金则由于高钽的存在，难以溶解，因此，建立含钽钴基高温合金中钽元素分析方法，可以补充光谱分析方法的空白，缩短分析时间，提高分析的准确度，为科研生产服务，同时将促进与同行单位的交流，具有广泛的推广和应用价值。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术的状况而设计提供了一种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中钽含量的方法，其目的是提出一种溶样速度快、分析精度高、操作简便、效率高的测定含钽钴基合金中钽含量的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中钽含量的方法，其特征在于：

⑴该方法在测定过程中使用的试剂有：

1.1盐酸，ρ1.19g/mL，优级纯或MOS级；

1.2硝酸，ρ1.42g/mL；，优级纯或MOS级

1.3氢氟酸，ρ1.15g/mL，优级纯；

1.4硫酸，ρ1.84g/mL，优级纯；

1.5焦硫酸钾，固体；

1.6草酸铵，固体；

1.7钽标准溶液，0.10mg/mL，制备方法是称取0.1221g预先干燥到恒重的高纯五氧化二钽，置于铂坩埚中，加入上述步骤1.5中的焦硫酸钾10g，放入高温炉中，于650℃～700℃熔融至透明，取出冷却熔块在预先盛有上述步骤1.6中的草酸铵30g和200mL水的400mL烧杯中浸取，煮沸至溶液透明，冷却至室温，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；

1.8钴标准溶液，10.0mg/mL。制备方法是称取5.000g金属钴，金属钴的质量分数不小于99.98%，置于150mL烧杯中，加入上述步骤1.1中的盐酸后低温加热溶解，冷却，移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀；

1.9钇内标溶液，0.2mg/mL，称取0.127g氧化钇，置于150mL烧杯中，加入上述步骤1.1中的盐酸20mL，低温加热溶解后，冷却，移入500mL容量瓶中，补加上述步骤1.1中的盐酸15mL，用水稀释至刻度，混匀；

⑵该方法测定过程的步骤是：

2.1取样和制样

试样按照HB/Z205的要求进行取样和制样，称取0.10g试样，精确到0.0001g；

2.2制备试样溶液

将试料置于40mL微波消解罐中，加入5mL水、上述步骤1.1中的盐酸3mL、上述步骤1.2中的硝酸1mL、上述步骤1.3中的氢氟酸1mL，常温下将酸反应后的气体排出，用微波消解装置对试料进行消解，冷却后，取出微波消解罐放气，将试液移入100mL塑料容量瓶中，加入上述步骤1.9中的钇内标溶液2.00mL，用水稀释至刻度，混匀；

微波消解装置的工作参数为：RF功率：1600W；升温时间：25min；压力：800psi；保持温度：200℃；保温时间：20min；

2.3制备工作曲线溶液

在5～8个100mL烧杯中，不加试样，按步骤2.2同步处理空白溶液，移入数个相应100mL容量瓶中，在各容量瓶中加入上述步骤1.9中的钇内标溶液2mL和上述步骤1.8中钴标准溶液6.00mL，再根据预先得知的试样中锆的含量范围，在各容量瓶中加入不同体积数的、上述步骤1.7中的钽标准溶液，使各容量瓶中的钽的含量为得知的试样中锆含量的0%～200%，然后用水稀释至刻度，混匀，作为工作曲线溶液；

2.4绘制工作曲线

采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪在谱线锆204.063nm和钇371.029nm依次测量工作曲线溶液中钽和钇的强度，以锆和钇的强度比值为纵坐标，以钽的质量浓度作为横坐标，绘制工作曲线；

2.5测量试样溶液中元素锆的质量浓度

采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪在谱线钽204.063nm和钇371.029nm测量试样溶液中钽和钇的强度，用钽和钇的强度比值在相应的工作曲线上查出相应元素钽的质量浓度；

2.6计算测量结果，得到钽的含量；

按下式计算试样中元素钽的质量百分数w，数值以%表示：

$w=\frac{\mathrm{\ρ}\×V\×{10}^{-6}}{m}\×100---\left(1\right)$

式中：

ρ——试样溶液中元素钽的质量浓度，单位：μg/mL；

V——试样溶液体积，单位：mL；

m——试料质量，单位：g；

上述方法中所述低温加热或加热是指加热范围在50～200℃。

电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数如下：高频频率：40.68MHz；入射狭缝：20μm；出射狭缝：80μm；15μm；入射功率：1.0Kw；反射功率：＜15W；样品提升量：1.2L/min；冷却气流量：15L/min；积分时间：2s；护套气流量：0.2L/min。

本发明的优点是：

一、使用微波消解技术大大加快了溶样速度，溶样时间从两三天左右缩短为一个小时；

二、克服了钴基体及其他元素的等多种光谱的干扰，提高了测量的准确度；

三、测量快速，操作简便，节约了大量的人力和物力。

具体实施方式

实施例

该种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中钽含量的方法，其特征在于：

⑴该方法在测定过程中使用的试剂有：

1.1盐酸，ρ1.19g/mL，优级纯或MOS级；

1.2硝酸，ρ1.42g/mL；，优级纯或MOS级

1.3氢氟酸，ρ1.15g/mL，优级纯；

1.4硫酸，ρ1.84g/mL，优级纯；

1.5焦硫酸钾，固体；

1.6草酸铵，固体；

1.7钽标准溶液，0.10mg/mL，制备方法是称取0.1221g预先干燥到恒重的高纯五氧化二钽，置于铂坩埚中，加入上述步骤1.5中的焦硫酸钾10g，放入高温炉中，于650℃～700℃熔融至透明，取出冷却熔块在预先盛有上述步骤1.6中的草酸铵30g和200mL水的400mL烧杯中浸取，煮沸至溶液透明，冷却至室温，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；

1.8钴标准溶液，10.0mg/mL。制备方法是称取5.000g金属钴，金属钴的质量分数不小于99.98%，置于150mL烧杯中，加入上述步骤1.1中的盐酸后低温加热溶解，冷却，移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀；

1.9钇内标溶液，0.2mg/mL，称取0.127g氧化钇，置于150mL烧杯中，加入上述步骤1.1中的盐酸20mL，低温加热溶解后，冷却，移入500mL容量瓶中，补加上述步骤1.1中的盐酸15mL，用水稀释至刻度，混匀；

⑵该方法测定过程的步骤是：

2.1取样和制样

试样按照HB/Z205的要求进行取样和制样，称取0.10g试样，精确到0.0001g；

2.2制备试样溶液

将试料置于40mL微波消解罐中，加入5mL水、上述步骤1.1中的盐酸3mL、上述步骤1.2中的硝酸1mL、上述步骤1.3中的氢氟酸1mL，常温下将酸反应后的气体排出，用微波消解装置对试料进行消解，冷却后，取出微波消解罐放气，将试液移入100mL塑料容量瓶中，加入上述步骤1.9中的钇内标溶液2.00mL，用水稀释至刻度，混匀；

微波消解装置的工作参数为：RF功率：1600W；升温时间：25min；压力：800psi；保持温度：200℃；保温时间：20min；

2.3制备工作曲线溶液

在5～8个100mL烧杯中，不加试样，按步骤2.2同步处理空白溶液，移入数个相应100mL容量瓶中，在各容量瓶中加入上述步骤1.9中的钇内标溶液2mL和上述步骤1.8中钴标准溶液6.00mL，再根据预先得知的试样中锆的含量范围，在各容量瓶中加入不同体积数的、上述步骤1.7中的钽标准溶液，使各容量瓶中的钽的含量为得知的试样中锆含量的0%～200%，然后用水稀释至刻度，混匀，作为工作曲线溶液；

2.4绘制工作曲线

采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪在谱线锆204.063nm和钇371.029nm依次测量工作曲线溶液中钽和钇的强度，以锆和钇的强度比值为纵坐标，以钽的质量浓度作为横坐标，绘制工作曲线；

2.5测量试样溶液中元素锆的质量浓度

采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪在谱线钽204.063nm和钇371.029nm测量试样溶液中钽和钇的强度，用钽和钇的强度比值在相应的工作曲线上查出相应元素钽的质量浓度；

2.6计算测量结果，得到钽的含量；

按下式计算试样中元素钽的质量百分数w，数值以%表示：

$w=\frac{\mathrm{\ρ}\×V\×{10}^{-6}}{m}\×100---\left(1\right)$

式中：

ρ——试样溶液中元素钽的质量浓度，单位：μg/mL；

V——试样溶液体积，单位：mL；

m——试料质量，单位：g；

上述方法中所述低温加热或加热是指加热范围在50～200℃。

电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数如下：高频频率：40.68MHz；入射狭缝：20μm；出射狭缝：80μm；15μm；入射功率：1.0Kw；反射功率：＜15W；样品提升量：1.2L/min；冷却气流量：15L/min；积分时间：2s；护套气流量：0.2L/min。

按电感耦合等离子体原子发射光谱仪选定的工作条件，以钇为内标元素，绘制工作曲线，测量试样溶液，得到试样溶液中元素钽锆的质量浓度，计算测量结果，得到钽的含量为3.51%。

与现有技术相比，本发明技术方案解决了含钽钴基高温合金中钽元素的测定要求，并具有灵敏度高，选择性好，检出下限低等优点。

Claims (2)

1.一种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中钽含量的方法，其特征在于：

⑴该方法在测定过程中使用的试剂有：

1.1盐酸，ρ1.19g/mL，优级纯或MOS级；

1.2硝酸，ρ1.42g/mL；，优级纯或MOS级

1.3氢氟酸，ρ1.15g/mL，优级纯；

1.4硫酸，ρ1.84g/mL，优级纯；

1.5焦硫酸钾，固体；

1.6草酸铵，固体；

1.7钽标准溶液，0.10mg/mL，制备方法是称取0.1221g预先干燥到恒重的高纯五氧化二钽，置于铂坩埚中，加入上述步骤1.5中的焦硫酸钾10g，放入高温炉中，于650℃～700℃熔融至透明，取出冷却熔块在预先盛有上述步骤1.6中的草酸铵30g和200mL水的400mL烧杯中浸取，煮沸至溶液透明，冷却至室温，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；

1.8钴标准溶液，10.0mg/mL。制备方法是称取5.000g金属钴，金属钴的质量分数不小于99.98%，置于150mL烧杯中，加入上述步骤1.1中的盐酸后低温加热溶解，冷却，移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀；

1.9钇内标溶液，0.2mg/mL，制备方法是称取0.127g氧化钇，置于150mL烧杯中，加入上述步骤1.1中的盐酸20mL，低温加热溶解后，冷却，移入500mL容量瓶中，补加上述步骤1.1中的盐酸15mL，用水稀释至刻度，混匀；

⑵该方法测定过程的步骤是：

2.1取样和制样

试样按照HB/Z205的要求进行取样和制样，称取0.10g试样，精确到0.0001g；

2.2制备试样溶液

将试料置于40mL微波消解罐中，加入5mL水、上述步骤1.1中的盐酸3mL、上述步骤1.2中的硝酸1mL、上述步骤1.3中的氢氟酸1mL，常温下将酸反应后的气体排出，用微波消解装置对试料进行消解，冷却后，取出微波消解罐放气，将试液移入100mL塑料容量瓶中，加入上述步骤1.9中的钇内标溶液2.00mL，用水稀释至刻度，混匀；

微波消解装置的工作参数为：RF功率：1600W；升温时间：25min；压力：800psi；保持温度：200℃；保温时间：20min；

2.3制备工作曲线溶液

在5～8个100mL烧杯中，不加试样，按步骤2.2同步处理空白溶液，移入数个相应100mL容量瓶中，在各容量瓶中加入上述步骤1.9中的钇内标溶液2mL和上述步骤1.8中钴标准溶液6.00mL，再根据预先得知的试样中锆的含量范围，在各容量瓶中加入不同体积数的、上述步骤1.7中的钽标准溶液，使各容量瓶中的钽的含量为得知的试样中锆含量的0%～200%，然后用水稀释至刻度，混匀，作为工作曲线溶液；

2.4绘制工作曲线

采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪在谱线锆204.063nm和钇371.029nm依次测量工作曲线溶液中钽和钇的强度，以锆和钇的强度比值为纵坐标，以钽的质量浓度作为横坐标，绘制工作曲线；

2.5测量试样溶液中元素锆的质量浓度

采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪在谱线钽204.063nm和钇371.029nm测量试样溶液中钽和钇的强度，用钽和钇的强度比值在相应的工作曲线上查出相应元素钽的质量浓度；

2.6计算测量结果，得到钽的含量；

按下式计算试样中元素钽的质量百分数w数值以%表示：

$w=\frac{\mathrm{\ρ}\×V\×{10}^{-6}}{m}\×100---\left(1\right)$

式中：

ρ——试样溶液中元素钽的质量浓度，单位：μg/mL；

V——试样溶液体积，单位：mL；

m——试料质量，单位：g；

上述方法中所述低温加热或加热是指加热范围在50～200℃。

2.根据权利要求1所述的采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中钽含量的方法，其特征在于：电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数如下：高频频率：40.68MHz；入射狭缝：20μm；出射狭缝：80μm；15μm；入射功率：1.0Kw；反射功率：＜15W；样品提升量：1.2L/min；冷却气流量：15L/min；积分时间：2s；护套气流量：0.2L/min。