CN104155267A - 镍基粉末材料中氮化硼含量的化学分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镍基粉末材料中氮化硼含量的化学分析方法，采用混合酸分离镍基复合型喷涂材料中不溶于酸的氮化硼，氮化硼沉淀物经无水碳酸钠熔融，变成水溶性硼酸钠，在电感耦合等离子体发射光谱仪ICP工作条件下，测定硼的发射强度，再换算成样品中氮化硼的含量。本化学分析方法采用无水碳酸钠熔融将氮化硼转化成水溶性硼酸钠，在等离子原子发射光谱仪测定镍基复合型喷涂材料中氮化硼含量，把不溶性氮化硼变成可溶性硼酸盐，避免了容量法测定氮化硼时操作复杂耗时长的缺点，具有分析准确，操作简便。

Description

镍基粉末材料中氮化硼含量的化学分析方法

技术领域

本发明涉及一种镍基粉末材料中氮化硼含量含量的化学分析方法。

背景技术

一种镍基粉末材料由氮化硼、二氧化硅、氧化铜和氧化镉等粉体混和而成，目前氮化硼常用的测试方法是测定氮化硼中氮含量，然后换算成氮化硼的百分含量，凯氏法和杜马法一般被认为是经典的定氮方法。杜马法是将氮化硼试样与氧化剂（如氧化铅和铬酸铅）等量混合，分解产生氮，用二氧化碳做载气，排出气体经氢氧化钾溶液吸收二氧化碳后，收集氮气测定体积，根据体积确定氮含量。凯氏法是将试样于浓硫酸及硫酸钾、无水硫酸铜等混合物加热分解生成硫酸铵，在碱性溶液中将铵蒸馏到装有硫酸标准溶液或硼酸溶液中吸收，以氢氧化钠标准溶液或盐酸标准溶液进行中和滴定。该两种方法存在分解试样速度慢，个别试样需要近10小时才能分解完全，装备及操作复杂，分析时间长，试剂供应困难等缺点。

XRF是近年新兴技术，可快速测定B~U的元素，但对轻元素（原子序数小于22的元素）的测定稳定性不够好。XRF根据样品受激发后不同元素发出的特征X射线能量和波长不一样，同时发射特征X射线的强度和元素含量有关，根据特征X射线及强度对材料中的成分进行定量分析。特征X射线的强度除了与元素自身的跃迁几率、荧光产额、吸收系数等物理特性相关，还与受原级X射线照射的有效面积、照射角度、激发源等相关。由于本镍基喷涂材料为复合粉，颗粒大小、成分不均匀，X射线不可能均匀的照射样品表面，再加上没有成套的与样品接近的标准物质建立标准曲线，所以要采用XRF精确分析镍基复合材料中氮化硼含量是比较困难的。

发明内容

本发明涉及一种镍基粉末材料中氮化硼含量的化学分析方法，利用氮化硼不溶于酸溶液的原理，用酸溶液对待测试样氮化硼进行分离经无水碳酸钠熔融，变成水溶性硼酸钠，然后在电感耦合等离子体发射光谱仪ICP工作条件下，测定硼的发射强度，再换算成样品中氮化硼的含量。

本发明的目的可以通过以下措施来达到。本发明提供的一种检测镍基复合喷涂材料中氮化硼含量的试验方法，包括如下步骤：

（1）样品的选择：取粒度小于40目的粉末作为分析样品；

（2）试液的制备：用酸溶液对待测试样氮化硼进行分离，用无水碳酸钠对氮化硼进行熔融处理，制成硼酸钠溶液； 

（3）标准溶液的制备：称取与试样制备同量的无水碳酸钠熔融并经水溶解，加入混合酸制成试剂空白溶液，分别移取10.00mL试剂空白，加入硼标准溶液制成五个不同浓度标准溶液；

（4）ICP分析法测量氮化硼含量：启动等电感耦合等离子发射光谱仪，选择B182.641分析谱线，对不少于5种不同浓度的标准溶液进行分析，测试强度值，建立强度-浓度曲线，然后对试液进行测试，根据强度-浓度曲线计算硼含量，从而得出氮化硼含量。

本发明具有如下有益效果：

本发明利用氮化硼不溶于酸溶液的原理，用酸溶液对待测试样氮化硼进行分离经无水碳酸钠熔融，变成水溶性硼酸钠，然后在电感耦合等离子体发射光谱仪ICP工作条件下，测定硼的发射强度，再换算成样品中氮化硼的含量，因此分析结果受外界影响因素小，分析结果准确性高。

具体实施方式

一种镍基粉末材料中氮化硼含量的试验方法，包括如下步骤：

（1）样品预处理：镍基复合喷涂棒材，先锤压至细粉或颗粒状，选取粒度小于40目的材料作为分析样品；

（2）试液的制备：称取1.0±0.001g样品于500mL三角烧杯中，加入体积比为2+1+2的盐酸+硝酸+水混合酸低温加热溶解，待反应完全后，过滤，滤液收集于1000mL容量瓶中，滤渣放入铂金坩埚中经850℃~900℃灼烧40~80min后加入2.5~3.0g无水碳酸钠，在850℃熔融一小时至熔融物澄清，取出，用去离子水溶解，溶液合并于滤液中，定容，摇匀；移取定容后的溶液10.00mL于100mL容量瓶中，加入2+1的盐酸+硝酸混合酸10mL，以去离子水定容，摇匀，此液为样品待测试；

（3）标准溶液的制备：在铂金坩埚中加入2.5~3.0g无水碳酸钠，在850℃熔融一小时至熔融物澄清，取出，用去离子水溶解，溶液转移至1000mL容量瓶中，定容，摇匀；此溶液为试剂空白溶液，移取5个定容后的试剂空白溶液10.00mL于100mL容量瓶中，加入2+1的盐酸+硝酸混合酸10mL，分别加入1000mg/L的硼标准溶液0.00mL、1.00mL、2.00mL、5.00mL、8.00mL，以去离子水定容，摇匀，此液为工作曲线待测液；

（4）ICP分析法测量氮化硼含量：配制2mg/L的Mn、P硼、As标准溶液，启动等离子体，稳定至少30min后，根据SPECTRO ARCOS操作说明书，选择Mn257.610nm、P硼168.216nm、P硼220.351nm、As189.042nm，运行方法optimize，将2mg/L的Mn、P硼、As标准溶液引入等离子体，调整高频发生器功率、冷却气流量、辅助气流量、雾化器流量及观察高度，结合各谱线的激发强度、相对标准偏差（RSD）及信背比（硼EC），确定仪器的分析参数为：功率1420 W，冷却气12.1 L/min，辅助气流1.0 L/min，雾化器流量0.85 L/min，观察高度0.0mm；引入工作曲线待测液，测试发射强度，并由软件自动绘制强度-浓度曲线，引入样品测试液，由软件自动计算样品待测液中的硼的浓度                                                ，并按公式（1）计算样品中氮化硼的百分含量，

             （1）

—氧化物重量百分含量，%

—软件检测出的元素含量，mg/L

—试液的总体积，mL，此方法中

—元素换算成对应化合物的系数， 硼换算成氮化硼的系数为2.2960。

实施例一：Y硼C-2复合棒材中氮化硼含量的测定

1.实验所用仪器及设备

电感耦合等离子体原子发射光谱仪：德国斯派克SPECTRO ARCOS

超纯水机：上海优普UPR-I-10T+UPT-II-10T组合型

电子天平：赛托利斯CP124S(称量范围0.1mg～220g)。

2.实验所用试剂

超纯水(自制)

浓硝酸 ρ1.42g/mL，分析纯

盐酸ρ1.19 g/mL分析纯

混合酸：盐酸+硝酸+水=2+1+2

混合酸：盐酸+硝酸=2+1

无水碳酸钠 分析纯

硼标准溶液  1000 μg/mL。

3. 试验步骤

3.1 样品加工

试样用榔头锤至细粉状，将细粉过40目筛，小于40目的粉末用于分析氮化硼含量。

3.2  称样

将称样杯放在天平称样盘上，除零；用牛角钥匙将试样逐量加入称样杯中，直至试样1.0 g±0.0010 g，精确至0.0001 g，记录样品质量，将称量好的样品小心倒入500 mL三角烧杯中，并用记号笔在烧杯上标记试样编号。

3.3  试样的溶解

在称好试样的三角烧杯中小心加入混合酸50 mL，置于电炉上低温加热溶解，直至溶液中不再溢出小气泡，试样溶解完成，此时试液中有大量黑色及白色悬浮物是正常现象，为不溶于水及酸的石墨和氮化硼。

3.4  过滤、沉淀的分离

    将溶解好的试样经干法过滤，滤液收集于1000 mL的单标线容量瓶中，用去离子水清洗沉淀4~6次，洗液汇入1000 mL容量瓶但暂不定容，塞上瓶塞，防止空气中粉尘污染试液，沉淀按3.5、3.6处理后溶液合并入滤液中。

3.5  沉淀的熔融

将洗干净的沉淀连同滤纸放入30 mL铂金坩埚中，在电炉上将滤纸灰化，放入850℃~900℃的高温炉中灼烧40 min取出，稍冷。加入无水碳酸钠2.5 g~3.0g，继续放入850℃~900℃的高温炉中保温40 min ~60 min至氮化硼完全熔融。

3.6  熔融物的溶解，溶液的定容

加入15 mL去离子水到含熔融物的铂金坩埚中，放在电炉上低温加热溶解，将含熔融物的溶液合并入3.4条1000 mL单标线容量瓶中，以去离子水清洗铂金坩埚3~5次，洗液汇入1000 mL单标线容量瓶中，以去离子水定容，摇匀。移取10.00mL此溶液于100mL容量瓶中，加入2+1的盐酸+硝酸混合酸，以去离子水稀释至刻度，摇匀，此液为试样待测液。

3.7  空白及标准溶液的制备

在一个空的铂金坩埚中，加入无水碳酸钠2.5 g~3.0g，放入850℃~900℃的高温炉中保温40 min ~60 min至完全熔融，取出坩埚后，以去离子水溶解熔融物，溶液定容于1000mL容量瓶中，此溶液为试剂空白母液。

备一套5个100 mL单标线容量瓶，用记号笔标记S0、S1、S2、S3、S4，分别吸入10.00 mL经3.7定容的溶液，用移液管按表3加入硼标准溶液体积，单位mL，并在程序中输入对应的浓度。

表3  标准溶液制备表

3.8  仪器的准备与检查

    检查进样系统是否安装妥当， ICP排风系统是否打开，ICP电源是否接通，是否正常运转；检查氩气是否打开，并将分压调至0.8MPa。待上述工作准备就绪，启动等离子体，预热设备不少于15 min。

3.9  分析参数的设定

按照等离子体原子发射光谱仪说明书和操作维护规程编制方法，方法类型选择正常，选定分析元素，按表3编辑标准样品，按表4设定分析谱线，按表5设定方法参数，编辑完成后，保存方法。

表4  元素推荐谱线

元素	B
		波长/nm	182.641

表5  推荐方法条件

1	功率	1420 W
			2	冷却气	12.1 L/min
3	辅助气流	1.0 L/min
			4	雾化器流量	0.85 L/min

3.10  标准曲线的建立

在分析标准样品界面，将进样管插入S0中，点击进样按钮，对S0进行激发，当三次测定结果RSD≤2.0%时，判定仪器稳定，依次测定S0、S1、S2、S3、S4，并绘制标准曲线。

3.11  试样的测定

在分析界面，将经3.6定容并稀释的试样待测液，引入等离子体原子发射光谱仪中，测定元素含量ρ，单位mg/L。

3.12  结果的计算及处理

—氧化物重量百分含量，%

—软件检测出的元素含量，mg/L

—试液的总体积，mL，此方法中

—元素换算成氧化物的系数，硼换算成氮化硼的系数为2.2960。

不同批次样品采用等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定的结果见表6。

 

表6 氮化硼含量试验数据

试样编号	23号	25号	26号	27号	30号
						氮化硼，%	17.21	17.16	17.49	17.84	17.94

实施例二、同批次镍基复合型喷涂材料中氮化硼含量测定各方法比对

将同一批次镍基复合型喷涂材料分别采用等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）、X射线荧光光谱分析（XRF）、重量法、容量法测定其中硼含量，换算成氮化硼含量，其结果见表7。

表7 不同方法测定氮化硼含量试验数据

试验方法	J-YT01-13032001	J-YT01-12120401
			ICP-AES	12.21、12.25	11.54、11.66
XRF	12.15、12.28	11.79、11.62
			重量法	12.38、12.22	11.56、11.73
凯氏法	12.19、12.28	11.55、11.62

Claims (2)

1.一种镍基粉末材料中氮化硼含量的化学分析方法，包括如下步骤：

（1）样品的选择：取粒度小于40目的粉末作为分析样品；

（2）试液的制备：用酸溶液对待测试样氮化硼进行分离，用无水碳酸钠对氮化硼进行熔融处理，制成硼酸钠溶液； 

（3）标准溶液的制备：称取与试样制备同量的无水碳酸钠熔融并经水溶解，加入混合酸制成试剂空白溶液，分别移取10.00mL试剂空白，加入硼标准溶液制成五个不同浓度标准溶液；

（4）ICP分析法测量氮化硼含量：启动等电感耦合等离子发射光谱仪，选择B182.641分析谱线，对不少于5种不同浓度的标准溶液进行分析，测试强度值，建立强度-浓度曲线，然后对试液进行测试，根据强度-浓度曲线计算硼含量，从而得出氮化硼含量。

2.按照权利要求1所述的试验方法，其特征在于，用无水碳酸钠对氮化硼进行熔融处理的工艺条件为：温度为850℃~900℃，时间为40~80min。