CN104764695A

CN104764695A - 一种测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法

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Publication number: CN104764695A
Application number: CN201510134437.9A
Authority: CN
Inventors: 刘攀; 杜丽丽; 聂富强
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-07-08

Abstract

一种测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，本发明利用气体分析仪采用惰气熔融-红外吸收法/热导法测定钛合金用中间合金中的氧/氮/氢含量，解决了钛合金用中间合金中的氧/氮/氢含量的测定难题，能准确、快速测定钛合金用中间合金氧、氮、氢的含量，为钛合金用中间合金的生产、科研、应用和质量控制提供了可靠保障。

Description

一种测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法

【技术领域】

本发明涉及无机化学气体分析测试技术领域，尤其涉及一种测定中间合金氧氮氢含量的方法，具体涉及一种测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法。

【背景技术】

已知的，钼铝、铝铌、铝锡等中间合金是冶炼Ti-Al-Mo、Ti-Al-Nb、Ti-Al-Sn等钛合金的合金添加剂，能够显著改善钛合金的组织结构，提高钛合金的力学性能及抗疲劳、耐腐蚀性能。氧/氮/氢气体元素通常被视为间隙杂质元素，其含量需要严格控制。钛合金采用真空冶炼，准确测定钛合金用中间合金的氧/氮/氢元素的含量有利于从源头上实现钛合金冶炼过程的质量监控。

申请人经过检索发现钛合金用中间合金钼铝（YS/T 676-2008）、铝硅（YS/T 776-2011）、铝锡（YS/T 824-2012）的产品标准已制订实施，但尚无配套使用的测定氧/氮/氢含量的分析标准。宋忠训采用脉冲色谱仪测定了钛合金用铝钼合金（Al30%-Mo70%）中的氧/氢含量（分析试验室. 1993, 12(6): 80；冶金分析. 1995, 15(3): 52），周正强采用脉冲惰气熔融库仑仪测定了电子材料用铝硅合金的氧含量（上海钢研. 1996, (3): 34）。但色谱法和库仑法存在操作复杂、耗时长等缺点，无法满足快速分析的要求，在无机固态材料气体分析的应用中陆续被淘汰。惰气熔融-红外吸收法/热导法是测定无机固态材料气体元素含量的主要方法（冶金分析, 2014, 34(6): 42）。李岩、钟华等应用惰气熔融-红外吸收法/热导法分别测定了钛合金用铝钒合金的氧/氮/氢含量（分析试验室, 2010, 29(z1): 331；冶金分析, 2014, 34(12): 7；中国无机分析化学. 2013, 3(2): 56）。除铝钒合金外，国内外鲜见惰气熔融-红外吸收法/热导法测定钼铝、铝铌、铝铬、铝锡、钒钼、铝钛稀土等其它钛合金用中间合金氧/氮/氢含量的文献报道。

【发明内容】

为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，本发明利用气体分析仪采用惰气熔融-红外吸收法/热导法测定钛合金用中间合金中的氧/氮/氢含量，解决了钛合金用中间合金中的氧/氮/氢含量的测定难题，为钛合金用中间合金的生产、应用和质量控制提供了可靠保障。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，利用气体分析仪采用惰气熔融-红外吸收法/热导法测定钛合金用中间合金中的氧氮氢含量，具有步骤如下：

一、准备仪器：

首先检查气体分析仪的气路和试剂，预热、稳定气体分析仪，然后设置或核查气体分析仪的工作参数；

二、校准或验证仪器：

接上步，测定标准样品的氧氮氢含量，建立或验证气体分析仪的校准系数或校准曲线；

三、分析试样：

接上步，称取0.02～1g被测试样，添加0～0.5g石墨粉和0～2g金属助熔剂，测定试样的氧氮氢含量。

所述的测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，所述气体分析仪的工作参数为动力气压强为0.1～0.6MPa，载气压强为0.1～0.4MPa，脱气气流为30～120L/h，分析气流为10～100L/h，脱气加热功率为2～7.5Kw或脱气加热电流为400～1500A，脱气加热时间为30～150s，分析加热功率为1.5～7.5Kw或分析加热电流为300～1400A，分析加热时间为30～150s，积分时间或采样时间为20～150s，比较水平为2～200 mV或0.2%～5%。

所述的测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，所述标准样品包括钛合金用中间合金、钛合金、钢铁、镍基合金、铝、铜、钒、钼、铌、锆、内控样品或标准混合气体中的任意一种或多种。

所述的测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，所述钛合金用中间合金包括钼铝、铝锡、铝铌、铝铬、铝铁、铝钛、铝锆、铝钽、铝钨、铝硅、铝硼、铝钛稀土、钒铝铁、钒铝锡铬、钼钒铝、钒钼、镍钼、钛硼，或以上述中间合金中的任意一种或多种为主要成分或关键成分构成的多元合金或混合物或复合物。

所述的测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，所述金属助熔剂包括镍、锡、铜、铁、钴、银、铂、钨、锌、铝、钛、钒中的任意一种或多种。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的一种测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，本发明利用气体分析仪采用惰气熔融-红外吸收法/热导法测定钛合金用中间合金中的氧/氮/氢含量，解决了钛合金用中间合金中的氧/氮/氢含量的测定难题，能准确、快速测定钛合金用中间合金氧、氮、氢的含量，为钛合金用中间合金的生产、科研、应用和质量控制提供了可靠保障。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

本发明所述的一种测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，利用气体分析仪采用惰气熔融-红外吸收法/热导法测定钛合金用中间合金中的氧/氮/氢含量，即在氩气或氦气惰性氛围中，将钛合金用中间合金试样置于石墨坩埚中，加热使试样熔融，试样中的氧以CO或CO₂的形式释放出来，氮和氢分别以N₂和H₂的形式释放出来，经除尘净化或化学转化处理后，由载气携至红外检测器检测CO或CO₂或H₂O，或携至热导检测器检测H₂，或除CO或CO₂和H₂O后携至热导检测器检测N₂，再经信号转换处理后得出被测试样中的氧/氮/氢含量，具有步骤如下：

第一步，准备仪器：

首先检查气体分析仪气路和试剂，预热、稳定气体分析仪，然后设置或核查气体分析仪的工作参数，参数如下：动力气压强为0.1～0.6MPa，载气压强为0.1～0.4MPa，脱气气流为30～120L/h，分析气流为10～100L/h，脱气加热功率为2～7.5Kw或脱气加热电流为400～1500A，脱气加热时间为30～150s，分析加热功率为1.5～7.5Kw或分析加热电流为300～1400A，分析加热时间为30～150s，积分时间或采样时间为20～150s，比较水平为2～200mV或0.2%～5%，其中，分析加热功率在选择时，测定氢含量时优选为2～3.5Kw，测定氧/氮含量时优选为4～5.5Kw；

第二步、校准或验证仪器：

接上步，测定标准样品的氧/氮/氢含量，建立或验证气体分析仪的校准系数或校准曲线，所述标准样品包括钛合金用中间合金、钛合金、钢铁、镍基合金、铝、铜、钒、钼、铌、锆、内控样品或标准混合气体中的任意一种或多种，其中标准样品优选与被测试样的基体成分和被测气体元素含量相接近的有证参考物质；

第三步、分析试样：

接上步，称取0.02～1g被测试样，被测试样优选为0.038mm（400目）～0.38mm（40目）的粉末颗粒或（0.05～2）mm×（0.1～5）mm×（0.1～5）mm的屑状，进一步的，被测粉末试样的粒径优先为0.074mm（200目）～0.15mm（100目），其中，试样的称样量在选择时，测定氧/氮含量时优选为0.03～0.2g，测定氢含量时优选为0.1～0.5g，再加入0～0.5g石墨粉和0～2g金属助熔剂，测定试样的氧/氮/氢含量，所述金属助熔剂包括镍、锡、铜、铁、钴、银、铂、钨、锌、铝、钛、钒中的任意一种或多种，金属助熔剂优选为镍篮、镍囊、镍箔、锡囊、锡箔、锡片、锡粒、铜粒、铁粒中的任意一种或多种。

本发明的具体如下：

实施例一、铝铌合金、铝钼合金氧含量的测定：

在测定前进行预处理试样：将Al-Nb50、Al-60Mo试样粉碎并充分混匀，过100目筛后缩分至100g；

具体测定步骤如下：

第一步，准备仪器：检查仪器气路和试剂，预热、稳定仪器，设置分析参数：载气压强为0.25 MPa，脱气气流为70～80 L/h，分析气流为30～40 L/h，脱气功率/时间为6.0Kw/60s，分析功率/时间为5.5Kw/60s，积分时间为70s；比较水平为20mV；

第二步，校准仪器：准确称取0.5～1.0 g钢铁标样（氧含量为0.0238%）校准仪器，测定并扣除锡囊的空白值；

第三步，分析试样：准确称取0.05～0.15 g待测试样，用锡囊包裹并压实、赶尽空气，投入自动进样器，将石墨套坩埚置于石墨电极上，开始分析。

分析结果如下：

Al-Nb50的氧含量为0.138%、0.143%、0.150%，平均值为0.144%，RSD为4.2%；

Al-60Mo的氧含量为0.110%、0.107%、0.106%，平均值为0.108%，RSD为1.9%。

实施例二、铝锡合金氧含量的测定：

在测定前进行预处理试样：将Al-37Sn试样粉碎并充分混匀，筛选粒度为（0.05～2）mm×（0.1～5）mm×（0.1～5）mm的屑状试样，并缩分至100 g；

具体测定步骤如下：

第一步，准备仪器：检查仪器气路和试剂，预热、稳定仪器，设置分析参数；

第二步，校准仪器：称取1.0g铜合金标样（氧含量为0.0539%）校准仪器，并称取0.5～1.0g钢铁标样（氧含量为0.0238%）验证校准系数的准确性；

第三步，分析试样：准确称取约0.1～0.5 g待测试样，投入自动进样器，将石墨套坩埚置于石墨电极上，开始分析。

分析结果如下：

Al-37Sn的氧含量为0.182%、0.195%、0.187%，平均值为0.188%，RSD为3.5%。

实施例三、铝钼合金氮含量的测定：

在测定前进行预处理试样：将Al-60Mo试样粉碎并充分混匀，过100目筛后缩分至100g；

具体测定步骤如下：

第二步，校准仪器：测定并扣除系统空白值，选择钛合金标样（氮含量为0.0103%）校准仪器；

第三步，分析试样：准确称取0.05～0.15 g待测试样，用锡囊包裹并压实、赶尽空气，再置于镍篮中，投入自动进样器，将石墨套坩埚置于石墨电极上，开始分析。

分析结果如下：

Al-60Mo的氮含量为0.010%、0.010%、0.011%，平均值为0.010%，RSD为5.6%。

实施例四、铝铌合金氮含量的测定：

具体测定步骤如下：

第二步，校准仪器：测定并扣除系统空白值，选择钛合金标样（氮含量分别为0.0103%和0.0350%）校准仪器；

第三步，分析试样：准确称取0.05～0.15 g Al-Nb70试样颗粒，置于镍篮中，投入自动进样器，将石墨套坩埚置于石墨电极上，开始分析。

分析结果如下：

Al-Nb70的氮含量为0.018%、0.015%、0.014%，平均值为0.016%，RSD为13%；颗粒状试样的均匀性较差，结果易偏析，对分析结果的准确度要求不高时，可按实施例四进行快速分析。

实施例五、铝钼合金氢含量的测定：

具体测定步骤如下：

第二步，校准仪器：测定并扣除系统空白值，选择钛合金标样（氢含量分别为0.0012%和0.0047%）校准仪器；

第三步，分析试样：准确称取0.05～0.2 g Al-60Mo试样颗粒(粒度为2～4 mm)，投入自动进样器，将含有锡片的石墨套坩埚置于石墨电极上，开始分析。

分析结果如下：

Al-60Mo的氢含量为0.0032%、0.0034%，平均值为0.0033%，RSD为4.3%。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims

1.一种测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，其特征是：利用气体分析仪采用惰气熔融-红外吸收法/热导法测定钛合金用中间合金中的氧氮氢含量，具有步骤如下：

一、准备仪器：

二、校准或验证仪器：

三、分析试样：

2.根据权利要求1所述的测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，其特征是：所述气体分析仪的工作参数为动力气压强为0.1～0.6MPa，载气压强为0.1～0.4MPa，脱气气流为30～120L/h，分析气流为10～100L/h，脱气加热功率为2～7.5Kw或脱气加热电流为400～1500A，脱气加热时间为30～150s，分析加热功率为1.5～7.5Kw或分析加热电流为300～1400A，分析加热时间为30～150s，积分时间或采样时间为20～150s，比较水平为2～200 mV或0.2%～5%。

3.根据权利要求1所述的测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，其特征是：所述标准样品包括钛合金用中间合金、钛合金、钢铁、镍基合金、铝、铜、钒、钼、铌、锆、内控样品或标准混合气体中的任意一种或多种。

4.根据权利要求3所述的测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，其特征是：所述钛合金用中间合金包括钼铝、铝锡、铝铌、铝铬、铝铁、铝钛、铝锆、铝钽、铝钨、铝硅、铝硼、铝钛稀土、钒铝铁、钒铝锡铬、钼钒铝、钒钼、镍钼、钛硼，或以上述中间合金中的任意一种或多种为主要成分或关键成分构成的多元合金或混合物或复合物。

5.根据权利要求1所述的测定钛合金用中间合金氧氮氢含量的方法，其特征是：所述金属助熔剂包括镍、锡、铜、铁、钴、银、铂、钨、锌、铝、钛、钒中的任意一种或多种。