CN102928501A - 一种钢中固溶硼含量的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢中固溶硼含量的测定方法，属于分析化学技术领域，该方法在低温下采用恒电流电解法提取固溶硼，移取一定体积的的电解液，稀释到规定体积，采用电感耦合等离子体质谱仪测定固溶硼，匹配法消除电解液成分对仪器测定影响。其优点是：可准确测定钢中固溶硼的含量。

Description

一种钢中固溶硼含量的测定方法

一、技术领域

本发明属于分析化学技术领域，涉及一种钢中固溶硼含量的测定方法。 

二、背景技术

硼是钢中重要的合金元素，硼在钢中主要以固溶态、碳化物及氮化物等形态存在，不同形态对钢的性能影响不同。特别在各种不同的热处理制度下，钢中固溶硼的含量不同，对钢的性能影响极大，因此准确测定其含量非常重要。目前，钢中固溶硼采用差减法求得（总硼-化合硼），由于钢中硼的夹杂物分布不均，差减法误差大。 

三、发明内容

本发明的目的在于公开一种钢中固溶硼含量的测定方法，利用该方法可准确测定钢中固溶硼的含量。  

首先，通过实验来确定相关参数的取值范围和对测定方法的影响因素。 

1 、仪器工作参数 

仪器名称为ELAN DRC-e ICP-MS（美国PE公司）  

ICP-MS仪器的工作参数直接影响待测元素的单电荷离子强度和可能产生干扰的氧化物、硫化物等多原子离子强度。为此，在进行测定之前，首先采用10μg/mL的Mg、In、Ba、Ce、U混合标准溶液（调谐溶液）对质谱仪进行质量校正、分辨率调谐、透镜电压检测器校正等参数。利用仪器Tuning和Optimize功能，优化得到仪器工作参数，见表1。 

表1：       仪器工作参数 

2、仪器测试条件的选择   

用含有高氯酸的硼标准溶液，依次进行功率、雾化器流量、辅助气流量等的条件试验，结果表明： 

1）随着功率的增大（从900W增至1300W），硼的谱线强度增大，功率在1050W～1200W时，硼的强度达到最大。 

2）等离子气流量从11L/min增至18L/min，硼的谱线强度无明显变化； 

3）雾化器流量从0.70L/min增至1.10L/min，硼的强度也随之变化，在0.80L/min～0.95L/min区间，硼的响应值最大； 

 4）辅助器流量从0.8L/min增至1.7L/min，硼的谱线强度无明显变化。 

根据功率、雾化器流量、辅助气流量、等离子气流量实验，本方法选择谱线强度大、背景低的相关数据为测试条件，结果为：功率1200W、雾化器流量0.85L/min、辅助气流量1.2L/min，等离子气流量15L/min。 

3、 同位素的选择 

硼的同位素有¹⁰B、 ¹¹B，在测定中¹¹B测定值稳定且线性好，因此选择¹¹B为分析线。 

4 、电解液 

在低温电解时，根据含硼钢中碳化硼、氮化硼等的特点，选择电解液组分配比为1～3%（重量）氯化钠+4～6%（重量）EDTA水溶液，可定量分离固溶硼。 

5、测定溶液基体 

基体铁和电解液成分对固溶硼测定影响很大，在绘制工作曲线用的标准系列溶液中必须匹配相近含量的铁和电解液成分（EDTA和NaCl），才能准确测定固溶硼。由于含有EDTA的溶液中不能有酸，因此，基体铁必须采用不含硼的钢样（即空白样）在同等条件下电解，移取与试样同等体积的电解液，再加入不同量的硼标准溶液配制系列标液，绘制工作曲线用于测定。 

6、共存元素干扰实验 

在铁基及电解质的存在下，对0.0005at%、0.001at%、0.002at%、0.01at%含量的硼标液进行Mn、V、Ni、Mo、Cr、Ti、Cu、RE的干扰测定，结果如下：Mn≤3.00at%,Cr、Ni、V≤1.00at%,Ti、Mo≤2.00at%,Cu、RE≤0.2at%不干扰测定，见表2。 

表2：共存元素的影响                           at  % 

7、工作曲线、相关系数、方法的检出限 

将一不含硼的钢样（即空白样）在同等条件下电解，取出试样，用玻璃棒搅拌电解试样后的电解液，分别移取5～20mL（与试样移取体积相同）电解后的 电解液于6个50mL塑料容量瓶中，分别移取浓度为0.1μg/mL的硼标准溶液0、1.00、2.50、5.00、10.00、20.00mL，用水稀释至刻度后摇匀，以铍为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱仪测定，仪器自动绘制工作曲线，其相关系数均在0.999以上。按实验方法制备11份空白溶液测定，计算标准偏差，3倍的标准偏差即为测定元素的检出限，10倍的检出限即为检出下限。固溶硼的检测下限为： 0.0001at%。  

根据上述实验取得的结果，将确定的有关参数应用于钢中固溶硼含量的测定方法。实现该方法的技术方案是这样的: 

将样品制成直径8mm～10mm、长80mm～100mm柱状样，观察表面无孔、无裂纹。将试样在盛有25mL水、ρ1.19g/mL的盐酸25mL的量杯中浸泡30min～60min，取出，洗净，晾干；准确称取钢样重量w₁g，将已称重的钢样为阳极，不锈钢筒为阴极，将盛有配制好电解液（1～3%（重量）氯化钠+4～6%（重量）EDTA水溶液）的玻璃烧杯放入电解池中，电解电流0.3A～0.5A，0℃～5℃下，电解60min～120min，取下，放入150mL石英烧杯中超声波振荡取样，钢样用水洗净，用乙醇冲洗，晾干，称重w₂g。从电解池中取出玻璃烧杯，用玻璃棒搅拌电解试样后的电解液，移取5～20mL电解后的电解液于50mL的容量瓶中，以水定容，摇匀，随同带试剂空白，以铍为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱仪测定。 

工作曲线绘制 

将一不含硼的钢样（即空白样）在同等条件下电解，取出试样，用玻璃棒搅拌电解试样后的电解液，分别移取5～20mL（与试样移取体积相同）电解后的电解液于6个50mL塑料容量瓶中，分别移取浓度为0.1μg/mL的硼标准溶液0、1.00、2.50、5.00、10.00、20.00mL，用水稀释至刻度后摇匀，以铍为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱仪测定，仪器自动绘制工作曲线。 

计算公式为： $W_B\%=\frac{{10}^{-6}\×(m-m_0)}{m_1-m_2}\×100$

式中 W_B—代表固溶硼的质量分数，%； 

m—试样溶液中硼的质量数值，μg； 

m₀—空白溶液中硼的质量数值，μg； 

m₁—电解前试样的质量数值，g； 

m₂—电解后试样的质量数值，g。 

本发明的突出优点是：建立了一种钢中固溶硼含量的测定方法，可准确测定钢中固溶硼的含量，填补了钢中固溶硼含量分析领域的空白。 

四、具体实施方式：

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。 

主要仪器及试剂配制： 

ELAN DRC-e ICP-MS（美国PE公司）；低温电解槽；高纯水 

电解液：准确量取250mL水于300mL玻璃烧杯中，加入5g氯化钠、12.5gEDTA溶搅匀。 

实施例1 

将样品制成直径为8mm、长80mm柱状，在其距顶部4mm处挖一深度为2mm的槽，观察表明无孔、无裂纹。 

将BT100H钢1^#样在盛有25mL水、ρ1.19g/mL的盐酸25mL的量杯中浸泡30min，取出，洗净，晾干；准确称取钢样重量88.4052g，将已称重的钢样为阳极，不锈钢筒为阴极，将盛有配制好电解液的玻璃烧杯放入电解池中，电解电流0.5A，1℃下，电解90min，取下，放入150mL石英烧杯中超声波振荡取样，钢样用水洗净，用乙醇冲洗，晾干，称重86.9012g。从电解池中取出玻璃烧杯，用玻璃棒搅拌电解试样后的电解液，移取10mL电解后的电解液于50mL的容量瓶中，以水定容，摇匀，随同带试剂空白，以铍为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱仪测定，测定结果见表3。 

工作曲线绘制 

将一不含硼的钢样（即空白样）在同等条件下电解，取出试样，用玻璃棒搅拌电解试样后的电解液，分别移取10mL（与试样移取体积相同）电解后的电解液于6个50mL塑料容量瓶中，分别移取浓度为0.1μg/mL的硼标准溶液0、1.00、2.50、5.00、10.00、20.00mL，用水稀释至刻度后摇匀，以铍为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱仪测定，仪器自动绘制工作曲线。 

计算公式为： $W_B\%=\frac{{10}^{-6}\×(m-m_0)}{m_1-m_2}\×100$

式中 W_B—代表固溶硼的质量分数，%； 

m—试样溶液中硼的质量数值，μg； 

m₀—空白溶液中硼的质量数值，μg； 

m₁—电解前试样的质量数值，g； 

m₂—电解后试样的质量数值，g。 

实施例2 

将BT100H钢2^#样制成直径为8mm、长80mm柱状，在其距顶部4mm处挖一深度为2mm的槽，观察表明无孔、无裂纹并于1150℃淬火处理。 

将BT100H钢样在盛有25mL水、ρ1.19g/mL的盐酸25mL的量杯中浸泡30min， 取出，洗净，晾干；准确称取钢样重量90.3174g，将已称重的钢样为阳极，不锈钢筒为阴极，将盛有配制好电解液的玻璃烧杯放入电解池中，电解电流0.4A，3℃下，电解60min，取下，放入150mL石英烧杯中超声波振荡取样，钢样用水洗净，用乙醇冲洗，晾干，称重89.2947g。从电解池中取出玻璃烧杯，用玻璃棒搅拌电解试样后的电解液，移取10mL电解后的电解液于50mL的容量瓶中，以水定容，摇匀，随同带试剂空白，以铍为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱仪测定。计算公式同实施例1，测定结果见表3。 

工作曲线绘制 

将实施例1中空的白钢样在同等条件下电解，取出试样，用玻璃棒搅拌电解试样后的电解液，分别移取10mL（与试样移取体积相同）电解后的电解液于6个50mL塑料容量瓶中，分别移取浓度为0.1μg/mL的硼标准溶液0、1.00、2.50、5.00、10.00、20.00mL，用水稀释至刻度后摇匀，以铍为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱仪测定，仪器自动绘制工作曲线。 

计算公式同实施例1，测定结果见表3。 

实施例3 

将Q 960钢1^#样制成直径为6mm、长80mm的柱状，在其距顶部4mm处挖一深度为2mm的槽，观察表明无孔、无裂纹。 

将Q 960钢样在盛有25mL水、ρ1.19g/mL的盐酸25mL的量杯中浸泡35min，取出，洗净，晾干；准确称取钢样重量77.7851g，将已称重的钢样为阳极，不锈钢筒为阴极，将盛有配制好电解液的玻璃烧杯放入电解池中，电解电流0.5A，5℃下，电解75min，取下，放入150mL石英烧杯中超声波振荡取样，钢样用水洗净，用乙醇冲洗，晾干，称重76.5833g。从电解池中取出玻璃烧杯，用玻璃棒搅拌电解试样后的电解液，移取10mL电解后的电解液于50mL的容量瓶中，以水定容，摇匀，随同带试剂空白，以铍为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱仪测定。计算公式同实施例1，测定结果见表3。 

工作曲线绘制 

将实施例1中空的白钢样在同等条件下电解，取出试样，用玻璃棒搅拌电解试样后的电解液，分别移取10mL（与试样移取体积相同）电解后的电解液于6个50mL塑料容量瓶中，分别移取浓度为0.1μg/mL的硼标准溶液0、1.00、2.50、5.00、10.00、20.00mL，用水稀释至刻度后摇匀，以铍为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱仪测定，仪器自动绘制工作曲线。 

实施例4 

将Q 960钢2^#样制成直径为6mm、长80mm的柱状，在其距顶部4mm处挖一 深度为2mm的槽，观察表明无孔、无裂纹并于1150℃淬火处理。 

将Q 960钢样在盛有25mL水、ρ1.19g/mL的盐酸25mL的量杯中浸泡35min，取出，洗净，晾干；准确称取钢样重量81.2053g，将已称重的钢样为阳极，不锈钢筒为阴极，将盛有配制好电解液的玻璃烧杯放入电解池中，电解电流0.5A，5℃下，电解75min，取下，放入150mL石英烧杯中超声波振荡取样，钢样用水洗净，用乙醇冲洗，晾干，称重80.0322g。从电解池中取出玻璃烧杯，用玻璃棒搅拌电解试样后的电解液，移取10mL电解后的电解液于50mL的容量瓶中，以水定容，摇匀，随同带试剂空白，以铍为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱仪测定。计算公式同实施例1，测定结果见表3。 

工作曲线绘制 

将实施例1中空的白钢样在同等条件下电解，取出试样，用玻璃棒搅拌电解试样后的电解液，分别移取10mL（与试样移取体积相同）电解后的电解液于6个50mL塑料容量瓶中，分别移取浓度为0.1μg/mL的硼标准溶液0、1.00、2.50、5.00、10.00、20.00mL，用水稀释至刻度后摇匀，以铍为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱仪测定，仪器自动绘制工作曲线。 

表9：               测定结果      at % 

Claims (1)

1.一种钢中固溶硼含量的测定方法其特征在于：

1）、所说的电解液组分配比为1～3%（重量）氯化钠+4～6%（重量）EDTA水溶液；

2）、将盛有配制好电解液的玻璃烧杯放入低温电解池中，冷却至0℃～5℃，准确称取钢样重量w₁g，将已称重的钢样为阳极，不锈钢筒为阴极，在盛有配制好电解液的电解池中，电解电流0.3A～0.5A，在电解温度0℃～5℃，电解60min～120min，取下，放入150mL石英烧杯中经超声波振荡取样，钢样用水洗净，用乙醇冲洗，晾干，称重w₂g；

3）、从电解池中取出玻璃烧杯，用玻璃棒搅拌电解试样后的电解液，移取5～20mL电解后的电解液于50mL的容量瓶中，以水定容，摇匀，随同带试剂空白，以铍为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱仪测定；

4）、工作曲线的绘制

以不含硼的普碳钢为空白试样在同等条件下电解，分别移取与试样等体积的电解空白试样后的电解液于6个50mL塑料容量瓶中，分别移取浓度为0.1μg/mL的硼标准溶液0、1.00、2.50、5.00、10.00、20.00mL，用水稀释至刻度后摇匀，采用电感耦合等离子体质谱仪测定，以铍为内标元素，仪器自动绘制工作曲线；

计算公式为：

式中 W_BN—代表固溶硼的质量分数，%；

m—试样溶液中硼的质量数值，μg；

m₀—空白溶液中硼的质量数值，μg；

m₁—电解前试样的质量数值，g；

m₂—电解后试样的质量数值，g。