CN111257079B - 一种高氧铁粉标准样品的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高氧铁粉标准样品的制备方法。其技术方案是：将粒度<0.09mm的混匀铁粉随机称取样品20份，用标定后的惰气熔融红外吸收法氧测定仪测定每份样品的氧质量分数，用方差分析法评价均匀性，得到混匀铁粉的氧质量分数WO0。在混匀铁粉中取标准样品用混匀铁粉的质量w1于石英容器中，在氧气流量为0.1～0.5L/min、0.1～0.35MPa和200～300℃条件下保温，得到增氧铁粉。将增氧铁粉在不锈钢研钵中研磨均匀，制得高氧铁粉标准样品。高氧铁粉标准样品：增氧百分数Oz％＝w5/w4×100％，氧的质量百分数Ob％＝Oz％+WO0×w1/w4；其中：w4、w5依次表示高氧铁粉标准样品质量、增氧量。本发明制备流程短、氧含量加入量可控和氧含量定值准确。
Description
技术领域
本发明属于铁粉标准样品技术领域。具体涉及一种高氧铁粉标准样品的制备方法。
背景技术
目前氧含量测定用标准样品研制中，氧含量广泛采用惰气熔融红外吸收法测定。使用这种方法时，为了保证测量结果的准确度，仪器的校准应该使用同类且含量比较接近的标准样品。由于含氧量较高的金属粉末标准样品很少，仪器校准困难，分析上经常使用标准加入法。
文献(徐建平.脉冲加热惰气熔融－红外吸收光谱法测定氮化硅结合碳化硅材料中的氧[J].理化检验-化学分册，2015，51(3)：349-351)报道，在测定氮化硅结合碳化硅材料中氧含量时，为了保证氧释放效果基体一致性，选用二氧化硅和三氧化二铝做标准加入法校准。为了测定含氧量较高的硅钙合金粉末和金属粉末；文献(王学华，杨植岗，王蓬等.惰气熔融－红外吸收法测定硅钙合金中氧[J].冶金分析，2017，37(4)：53-56)和文献(侯桂臣，张琳，李一懿等.“直投法”应用于金属粉末样品中氧氮氢分析[J].冶金分析，2019，39(6)：7-13)报道，选择氧化铝和碳酸钙纯物质加高氧铁粉标准样品JK47(瑞典钢铁生产商协会发布)为标准，用标准加入法测定。
标准加入法在缺乏同类标准样品的情况下可以在一定程度上解决基体匹配的问题，但校准效率低。随着粉末冶金和3D打印用金属类粉末材料的发展，对粉末样品中氧分析的要求越来越高，使用标准加入法完成分析难以满足日常生产的要求，需要研制金属粉末中氧含量测定用标准样品。
根据GB/T 15000系列标准样品工作导则的要求，钢中氧含量测定用标准样品的氧含量的赋值需要采用2种以上不同原理的测量方法，由6个以上的较高水平实验室协作测量得到不少于8组测量结果，经统计检验后得到满足统计要求的不少于6组数据，由专家评定赋值及相应的不确定度。金属粉末中氧含量的测定只有红外吸收法和库仑法：红外吸收法需要使用标准样品校准仪器；库仑法(陈福宝，谭晓凡.氩气熔融库伦法测定稀有金属及合金中的氧[J].分析化学，1975，3(5)：386-389)可以通过电解时所消耗的电量计算金属中氧的含量，但在钢铁行业库仑法的使用已经很少。实质上，在全部分析流程的控制和校准方面库仑法也存在着样品中氧的释放效率问题。两种方法氧的释放原理是相同的，即金属中的氧化物于惰性气氛中在碳饱和的液态金属浴中被碳还原成一氧化碳，生成的气体立即被载气载入气相中,反应不断向生成物方向进行MeO+C＝Me+CO↑。后续一氧化碳经催化氧化成二氧化碳，用库伦仪测定叫库仑法，用红外吸收测定仪测定叫红外吸收法。氧的转化率取决于金属氧化物与C反应的条件。
为了满足金属粉末中氧含量测定仪器及检测过程的校准，研制相应品种的标准样品可以提高生产效率和实现产品质量控制。但标准样品研制存在如下问题：校准仪器缺少同类含量接近的标准样品、研制标准样品流程长、氧含量量值的溯源性受校准的影响大。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供制备流程短、氧含量加入量可控和氧含量计量准确的铁粉氧含量测定用高氧铁粉标准样品的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：
步骤一、取粒度<0.09mm的铁粉，混合均匀，即得混匀铁粉；在所述混匀铁粉中随机抽取20份分析用混匀铁粉样品，每份分析用混匀铁粉样品的质量均为2～3g。
步骤二、用氧含量测定用钢铁标准样品对惰气熔融红外吸收法氧测定仪进行标定；再用标定后的惰气熔融红外吸收法氧测定仪逐一测量所述每份分析用混匀铁粉样品的氧质量分数，每份分析用混匀铁粉样品测量3次。
将所有分析用混匀铁粉样品的测量结果用方差分析法评价均匀性，即得所述混匀铁粉的氧质量分数WO0。
步骤三、在所述混匀铁粉中称量制备标准样品用混匀铁粉，所述制备标准样品用混匀铁粉的质量w1＝50.0000～150.0000g，置于石英容器中。
步骤四、按流量为0.1～0.5L/min向加热炉通入氧气，通入氧气的时间为25～35min，再升温至200～300℃；然后置入装有制备标准样品用混匀铁粉的石英容器，在0.1～0.35MPa和氧气流量不变的条件下保温10～1000min，取出冷却，得到增氧铁粉。
步骤五、先称量不锈钢研钵质量w2，再将所述增氧铁粉转移到所述不锈钢研钵中，研磨均匀；然后称量所述不锈钢研钵与研磨后的增氧铁粉的质量之和w3，研磨后的增氧铁粉即为高氧铁粉标准样品。
所述高氧铁粉标准样品的质量w4＝w3-w2；
所述高氧铁粉标准样品的增氧量w5＝w4-w1；
所述高氧铁粉标准样品的增氧百分数Oz％＝w5/w4×100％；
所述高氧铁粉标准样品的氧的质量百分数Ob％＝Oz％+WO0×w1/w4。
步骤五中：
WO0表示混匀铁粉的氧质量分数，％；
w1表示制备标准样品用混匀铁粉的质量，g；
w2表示不锈钢研钵质量，g；
w3表示不锈钢研钵质量w2与研磨后的增氧铁粉的质量w4之和，g；
w4表示高氧铁粉标准样品的质量，g。
本技术方案中：
步骤三和步骤五所述称量的质量精确为0.0001g。
所述铁粉的纯度>99％。
所述石英容器为石英盘、石英杯和石英蒸发皿中的一种。
所述氧气纯度为工业纯。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明无需采用协作分析的方法确定标准值，故制备流程短。
2、本发明利用直接称量法控制加氧，故氧含量加入量可控。
3、本发明利用天平直接称量，通过计算得到加入氧的含量，故氧含量定值准确。
因此，本发明具有制备流程短、氧含量加入量可控和氧含量定值准确的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述，并非对其保护范围的限制。
一种高氧铁粉标准样品的制备方法。本具体实施方式的制备方法是：
步骤一、取粒度<0.09mm的铁粉，混合均匀，即得混匀铁粉；在所述混匀铁粉中随机抽取20份分析用混匀铁粉样品，每份分析用混匀铁粉样品的质量均为2～3g。
步骤二、用氧含量测定用钢铁标准样品对惰气熔融红外吸收法氧测定仪进行标定；再用标定后的惰气熔融红外吸收法氧测定仪逐一测量所述每份分析用混匀铁粉样品的氧质量分数，每份分析用混匀铁粉样品测量3次。
将所有分析用混匀铁粉样品的测量结果用方差分析法评价均匀性，即得所述混匀铁粉的氧质量分数WO0。
步骤三、在所述混匀铁粉中称量制备标准样品用混匀铁粉，所述制备标准样品用混匀铁粉的质量w1＝50.0000～150.0000g，置于石英容器中。
步骤四、按流量为0.1～0.5L/min向加热炉通入氧气，通入氧气的时间为25～35min，再升温至200～300℃；然后置入装有制备标准样品用混匀铁粉的石英容器，在0.1～0.35MPa和氧气流量不变的条件下保温10～1000min，取出冷却，得到增氧铁粉。
步骤五、先称量不锈钢研钵质量w2，再将所述增氧铁粉转移到所述不锈钢研钵中，研磨均匀；然后称量所述不锈钢研钵与研磨后的增氧铁粉的质量之和w3，研磨后的增氧铁粉即为高氧铁粉标准样品。
所述高氧铁粉标准样品的质量w4＝w3-w2；
所述高氧铁粉标准样品的增氧量w5＝w4-w1；
所述高氧铁粉标准样品的增氧百分数Oz％＝w5/w4×100％；
所述高氧铁粉标准样品的氧的质量百分数Ob％＝Oz％+WO0×w1/w4。
步骤五中：
WO0表示混匀铁粉的氧质量分数，％；
w1表示制备标准样品用混匀铁粉的质量，g；
w2表示不锈钢研钵质量，g；
w3表示不锈钢研钵质量w2与研磨后的增氧铁粉的质量w4之和，g；
w4表示高氧铁粉标准样品的质量，g。
本具体实施方式中：
步骤三和步骤五所述称量的质量精确为0.0001g。
所述铁粉的纯度>99％。
所述石英容器为石英盘、石英杯和石英蒸发皿中的一种。
所述氧气纯度为工业纯。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种高氧铁粉标准样品的制备方法。本发明采用的技术方案的步骤是：
步骤一、取粒度<0.09mm的铁粉，混合均匀，即得混匀铁粉；在所述混匀铁粉中随机抽取20份分析用混匀铁粉样品，每份分析用混匀铁粉样品的质量均为2g。
步骤二、用氧含量测定用钢铁标准样品对惰气熔融红外吸收法氧测定仪进行标定；再用标定后的惰气熔融红外吸收法氧测定仪逐一测量所述每份分析用混匀铁粉样品的氧质量分数，每份分析用混匀铁粉样品测量3次；
将所有分析用混匀铁粉样品的测量结果用方差分析法评价均匀性，即得所述混匀铁粉的氧质量分数WO0＝0.023％。
步骤三、在所述混匀铁粉中称量制备标准样品用混匀铁粉，所述制备标准样品用混匀铁粉的质量w1＝52.1711g，置于石英容器中。
步骤四、按流量为0.5L/min向加热炉通入氧气，通入氧气的时间为25min，再升温至300℃；然后置入装有制备标准样品用混匀铁粉的石英容器，在0.35MPa和氧气流量不变的条件下保温10min，取出冷却，得到增氧铁粉。
步骤五、先称量不锈钢研钵质量w2＝32.5362g，再将所述增氧铁粉转移到所述不锈钢研钵中，研磨均匀；然后称量所述不锈钢研钵与研磨后的增氧铁粉的质量之和w3＝85.1039g，研磨后的增氧铁粉即为高氧铁粉标准样品。
所述高氧铁粉标准样品的质量w4＝w3-w2＝52.5677g；
所述高氧铁粉标准样品的增氧量w5＝w4-w1＝0.3966g；
所述高氧铁粉标准样品的增氧百分数Oz％＝w5/w4×100％＝0.754％；
所述高氧铁粉标准样品的氧的质量百分数Ob％＝Oz％+WO0×w1/w4＝0.789％。
实施例2
一种高氧铁粉标准样品的制备方法。本发明采用的技术方案的步骤是：
步骤一、取粒度<0.09mm的铁粉，混合均匀，即得混匀铁粉；在所述混匀铁粉中随机抽取20份分析用混匀铁粉样品，每份分析用混匀铁粉样品的质量均为2.5g。
步骤二、用氧含量测定用钢铁标准样品对惰气熔融红外吸收法氧测定仪进行标定；再用标定后的惰气熔融红外吸收法氧测定仪逐一测量所述每份分析用混匀铁粉样品的氧质量分数，每份分析用混匀铁粉样品测量3次；
将所有分析用混匀铁粉样品的测量结果用方差分析法评价均匀性，即得所述混匀铁粉的氧质量分数WO0＝0.023。
步骤三、在所述混匀铁粉中称量制备标准样品用混匀铁粉，所述制备标准样品用混匀铁粉的质量w1＝90.9263g，置于石英容器中。
步骤四、按流量为0.3L/min向加热炉通入氧气，通入氧气的时间为30min，再升温至250℃；然后置入装有制备标准样品用混匀铁粉的石英容器，在0.25MPa和氧气流量不变的条件下保温100min，取出冷却，得到增氧铁粉。
步骤五、先称量不锈钢研钵质量w2＝31.6573g，再将所述增氧铁粉转移到所述不锈钢研钵中，研磨均匀；然后称量所述不锈钢研钵与研磨后的增氧铁粉的质量之和w3＝123.0652g，研磨后的增氧铁粉即为高氧铁粉标准样品。
所述高氧铁粉标准样品的质量w4＝w3-w2＝91.4079g；
所述高氧铁粉标准样品的增氧量w5＝w4-w1＝0.4816g；
所述高氧铁粉标准样品的增氧百分数Oz％＝w5/w4×100％＝0.527％；
所述高氧铁粉标准样品的氧的质量百分数Ob％＝Oz％+WO0×w1/w4＝0.561％
实施例3
一种高氧铁粉标准样品的制备方法。本发明采用的技术方案的步骤是：
步骤一、取粒度<0.09mm的铁粉，混合均匀，即得混匀铁粉；在所述混匀铁粉中随机抽取20份分析用混匀铁粉样品，每份分析用混匀铁粉样品的质量均为3g。
步骤二、用氧含量测定用钢铁标准样品对惰气熔融红外吸收法氧测定仪进行标定；再用标定后的惰气熔融红外吸收法氧测定仪逐一测量所述每份分析用混匀铁粉样品的氧质量分数，每份分析用混匀铁粉样品测量3次；
将所有分析用混匀铁粉样品的测量结果用方差分析法评价均匀性，即得所述混匀铁粉的氧质量分数WO0＝0.023％。
步骤三、在所述混匀铁粉中称量制备标准样品用混匀铁粉，所述制备标准样品用混匀铁粉的质量w1＝142.0125g，置于石英容器中。
步骤四、按流量为0.3L/min向加热炉通入氧气，通入氧气的时间为35min，再升温至200℃；然后置入装有制备标准样品用混匀铁粉的石英容器，在0.1MPa和氧气流量不变的条件下保温1000min，取出冷却，得到增氧铁粉。
步骤五、先称量不锈钢研钵质量w2为30.5781g，再将所述增氧铁粉转移到所述不锈钢研钵中，研磨均匀；然后称量所述不锈钢研钵与研磨后的增氧铁粉的质量之和w3＝173.9155g，研磨后的增氧铁粉即为高氧铁粉标准样品。
所述高氧铁粉标准样品的质量w4＝w3-w2＝143.3374g；
所述高氧铁粉标准样品的增氧量w5＝w4-w1＝1.3249g；
所述高氧铁粉标准样品的增氧百分数Oz％＝w5/w4×100％＝0.924％；
所述高氧铁粉标准样品的氧的质量百分数Ob％＝Oz％+WO0×w1/w4＝0.959％
本具体实施方式与现有技术相比，具有如下积极效果：
1、本具体实施方式无需采用协作分析的方法确定标准值，故制备流程短。
2、本具体实施方式利用直接称量法控制加氧，故氧含量加入量可控。
3、本具体实施方式利用天平直接称量，通过计算得到加入氧的含量，故氧含量定值准确。
因此，本具体实施方式具有制备流程短、氧含量加入量可控和氧含量定值准确的特点。
Claims (5)
1.一种高氧铁粉标准样品的制备方法，其特征在于所述的制备方法是：
步骤一、取粒度<0.09mm的铁粉，混合均匀，即得混匀铁粉；在所述混匀铁粉中随机抽取20份分析用混匀铁粉样品，每份分析用混匀铁粉样品的质量均为2~3g；
步骤二、用氧含量测定用钢铁标准样品对惰气熔融红外吸收法氧测定仪进行标定；再用标定后的惰气熔融红外吸收法氧测定仪逐一测量所述每份分析用混匀铁粉样品的氧质量分数，每份分析用混匀铁粉样品测量3次；
将所有分析用混匀铁粉样品的测量结果用方差分析法评价均匀性，即得所述混匀铁粉的氧质量分数WO0；
步骤三、在所述混匀铁粉中称量制备标准样品用混匀铁粉，所述制备标准样品用混匀铁粉的质量w1=50.0000~150.0000g，置于石英容器中；
步骤四、按流量为0.1~0.5L/min向加热炉通入氧气，通入氧气的时间为25~35min，再升温至200~300℃；然后置入装有制备标准样品用混匀铁粉的石英容器，在0.1~0.35MPa和氧气流量不变的条件下保温10~1000min，取出冷却，得到增氧铁粉；
步骤五、先称量不锈钢研钵质量w2，再将所述增氧铁粉转移到所述不锈钢研钵中，研磨均匀；然后称量所述不锈钢研钵与研磨后的增氧铁粉的质量之和w3，研磨后的增氧铁粉即为高氧铁粉标准样品；
所述高氧铁粉标准样品的质量w4=w3-w2；
所述高氧铁粉标准样品的增氧量w5=w4-w1；
所述高氧铁粉标准样品的增氧百分数Oz=w5/w4×100%；
所述高氧铁粉标准样品的氧的质量分数Ob=Oz+WO0×w1/w4；
步骤五中：
WO0表示混匀铁粉的氧质量分数；
w1表示制备标准样品用混匀铁粉的质量，单位为g；
w2表示不锈钢研钵质量，单位为g；
w3表示不锈钢研钵质量w2与研磨后的增氧铁粉的质量w4之和，单位为g；
w4表示高氧铁粉标准样品的质量，单位为g。
2.根据权利要求1所述高氧铁粉标准样品的制备方法，其特征在于步骤三和步骤五所述称量的质量精确至0.0001g。
3.根据权利要求1所述高氧铁粉标准样品的制备方法，其特征在于所述铁粉的纯度>99%。
4.根据权利要求1所述高氧铁粉标准样品的制备方法，其特征在于所述石英容器为石英盘、石英杯和石英蒸发皿中的一种。
5.根据权利要求1所述高氧铁粉标准样品的制备方法，其特征在于所述氧气纯度为工业纯。
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