CN1120167A - 钢中单-稀土固溶量直接测定法 - Google Patents

钢中单-稀土固溶量直接测定法 Download PDF

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Abstract

本发明属理化检测技术。其主要优点在于它是直接测量，可避免和降低现有差减法间接测量所导致的误差叠加及交互影响，具有较高的精度和灵敏度，而对科学实验及工业生产具有重要意义。直接测量的关键在于获得纯净的固溶稀土。发明人通过低温电解、快速分离滤出稀土夹杂物、挥发去除电解液中有机物质及通过强酸型阳离子交换树脂等手段可获供等离子光谱仪分析的纯净固溶稀土。

Description

钢中单一稀土固溶量直接测定法
本发明属理化检测技术。
在金属及合金中加入少量稀土对其组织和性能所产生的有益效果早已被人们所公知。但在很长时间内人们对稀土存在的形态和作用机理却不十分清楚。1974年日本川村和郎(铁と钢，1974.60.1935)曾用电解、分离、测量稀土夹杂物，从而以钢中稀土夹杂含量与总量的差值推定为稀土在钢中的固溶量。此种方法因其受差减方式间接测量的误差叠加及交互影响，灵敏度较低。该文认为，当钢中稀土总量≤0.1％(重量)时不存在固溶稀土(本发明测定並非如此)的结论就是此法灵敏度过低的证明。1981年李文彬用内耗法研究了稀土在钢中存在的形态和分布，但未能作出定量分析(见第一届全国内耗学术会仪论文)。韩其勇和方克明(见钢铁1982，17(2)和第五届物化年会论文，1984)也曾先后用放射性同位素示综法测定过稀土在钢中的固溶量，其灵敏度比差减法高近1个数量级。但因此法是通过试样重熔，人为加入一定量放射性同位素示综剂进行测定，所测试样並非取自工业生产和实验制备的材料而无法用于实际测量。
本发明的目的在于寻求一种灵敏度高、简便易行、直接测定钢中单一稀土固溶量方法。发明人通过0～-10℃低温电解、等于、小于15分钟内快速分离滤出稀土夹杂物、对非水电解液以挥发方式去除有机物甲醇或乙醇、采用强酸型阳离子交换树脂排除干扰元素Fe、Ca、Mg、Al，获取纯净固溶稀土供等离子光谱仪分析以实现本发明上述目的。
具体实施方案是：
(1)在低温电解时，根据诸多钢种及成分、预测稀土夹杂物种类及规律，选择适当的电解液系及组分。发明人调整现有两种电解液各组分配比，达到了良好的电解效果，一种配比是：
1.5～4.0％(重量)四甲基氯化胺＋1％＜三乙醇胺≤4.0％(重量)＋丙三醇＜0.5％或0.5％＜丙三醇≤4.0％(重量)＋甲醇，另一种配比为：
1％＜四甲基氯化胺≤4.0％(重量)＋1％＜三乙醇胺≤4.0％(重量)＋2～4.0％(重量)乙二醇＋无水乙醇。当钢中含硫低于0.008％(重量)时，亦可采用7～10％(重量)Kcl＋0.5～1.0％(重量)柠檬酸胺＋0.5～1.0％(重量)盐酸羟胺＋水实行电解。
(2)在快速分离时是通过在底部两层慢速定量滤纸和上部一层孔径为0.15μm滤膜之间加入一层压实的厚度为0.5～0.8cm纸浆做成的过滤体以滤出未溶于电解液的所有稀土夹杂物残渣。
(3)随后对非水系电解液(其中存有原为固溶的稀土离子)在水浴埚中在80～85℃下，实行挥发，去除有机物甲醇或乙醇(当然对水系电解液则无此必要)。
(4)最后是排除干扰元素Fe、Ca、Mg、Al。具体实施方案是对经除杂挥发的非水系电解物溶于一定量(比如溶于250ml容量瓶)的水中，将其调成酸度为5～6％(对于水系则可直接调节酸度)，取一定量(比如取100ml)过柱(即过强酸型阳离子交换树脂柱)，使溶液中所有离子均被吸附在交换树脂上，接着先以能洗脱Fe、Ca、Mg、Al的低浓度1.75～2.0N盐酸冲洗，以排除Fe、Ca、Mg、Al，随后再以能洗脱固溶稀土离子的高浓度4～5N盐酸冲洗，以获得纯净固溶稀土离子溶液。经浓缩(比如浓缩为10ml)，调酸度为5～6％后供等离子光谱仪实施测定。稀土固溶量计算公式为： X = A × B C × D ppm , 式中
X-为稀土固溶量
A＝μg/ml为等离子光谱对稀土检测量
B-为最后上机试样量(比如可为10ml)
C-为电解失重量
D-为过交换柱的溶液量和总溶液量之比(如250ml中取出100ml过柱)，则具体计算为
实施例见下表：(见下页)
编号 钢种     低温电解 快速分离去除稀土夹杂分离时间≤15分钟 挥发去除有机物甲醇或乙醇 排除干扰元素Fe、Ca、Mg、Al 洗脱固溶稀土离子 ICP等离子光谱分析结果
电解温度0～-10℃电流密度20～50mA/cm2电解时间0.5～1小时
过柱溶液酸度 洗脱干扰元素用盐酸浓度N 洗脱用盐酸浓度N 钢中稀土总量(％)重量 钢中稀土固溶量ppm
过滤体中层纸浆厚cm 挥发温度℃
    电解液
 1  20MnVB 1.5％四甲基氯化胺＋1.1％三乙醇胺＋甲醇 0.50  81  5％  1.78  4.5 0.0065  5.5
 2  20# 2.0％四甲基氯化胺＋4％三乙醇胺＋0.49％内三醇＋甲醇 0.65  80  5.5％  1.75  4.0 0.010  3.7
 3  55Si Mn VB 4％四甲基氯化胺＋3％三乙醇胺＋丙三醇4％＋甲醇 0.80  85  6％  2.00  5.0 0.0022  2.9
 4  J55 1.1％四甲基氯化胺＋1.1％三乙醇胺＋2％乙二醇＋无水乙醇 0.73  84  5.7％  1.80  4.0 0.011  3.5
 56 20MnVBJ55 同④同① 0.750.5       8380  5.0％5.8％  1.951.90  4.54.0 0.0220.015  13.63.9
(接上页表)
 7  T8 4％四甲基氯化胺＋4％三乙醇胺＋3％乙二醇＋无水乙醇 0.50  82  5％  1.75  4.0  0.004  11.0
 8  09CuPTi 1.5％四甲基氯化胺＋1.5％三乙醇胺＋4％乙二醇＋无水乙醇 0.80  80  5.5％  1.90  5.0  0.014  10.0
 9101112  20#55SiMnVBT809CuPTi   同⑦同⑧同②同③ 0.700.650.750.60  85808180  6％5.8％5.5％6.0％  2.01.851.952.00  5.05.05.04.5  0.0150.0080.00300.008  10.19.23.13.8
13 GCr15SiMn 7％Kcl＋1％柠檬酸胺＋1％盐酸羟胺＋水 0.78 84 5.4％ 1.75 4.0 0.009 4.9
14  X60 8％Kcl＋0.5％柠檬酸胺＋0.5％盐酸羟胺＋水 0.50  85  6.0％  1.80  4.0  0.0046  4.1
15  X65 10％Kcl＋0.8％柠檬酸胺＋0.7％盐酸羟胺＋水 0.50  80  5.0％  2.00  4.2  0.0049  3.6
1617  X60GCr15SiMn     同同 0.800.50  8182  5.5％5.0％  1.751.85  4.04.5  0.00480.0045  3.84.0

Claims (1)

1.一种钢中单一稀土固溶量直接测定方法，它包括以电解液四甲基氯化胺＋三乙醇胺＋丙三醇＋甲醇或四甲基氯化胺＋三乙醇胺＋乙醇＋无水乙醇在0～-10℃下实行低温电解，在等于、小于15分钟内快速分离及等离子光谱分析，其特征在于：
(1)所说的电解液组分配比为1.5～4％(重量)四甲基氯化胺＋1％＜三乙醇胺≤4％(重量)＋丙三醇＜0.5％(重量)或0.5％＜丙三醇≤4％(重量)＋甲醇或1％＜四甲基氯化胺≤4％(重量)＋1％＜三乙醇胺≤4％(重量)＋2～4％(重量)乙二醇＋无水乙醇，当钢中硫含量＜0.008％(重量)时，还可采用7～10％(重量)Kcl＋0.5～1.0％(重量)柠檬酸胺＋0.5～1％(重量)盐酸羟胺＋水；
(2)所述的快速分离是指在分离稀土夹杂物时是通过在底部两层慢速定量滤纸和上部一层孔径为0.15μm滤膜之间加入一层压实的厚为0.5～0.8cm纸浆所构成的过滤体以滤出未溶于电解液的稀土夹杂物残渣；
(3)对过滤除杂的非水电解滤液需在水浴埚中在80～85℃下实行挥发，去除有机物甲醇或乙醇；
(4)最后通过强酸型阳离子交换树脂排除干扰元素Fe、Ca、Mg、Al，方案是对经除杂、挥发的非水电解物溶于水中，将酸度调至5～6％过强酸型阳离子交换树脂柱，随后先以浓度为1.75～2.0N的盐酸冲洗以排除Fe、Ca、Mg、Al，再以浓度为4～5N盐酸洗脱以获取纯净的固溶稀土离子溶液，经浓缩，调酸度为5～6％后，供等离子光谱仪测定，其计算公式为： X = A × B C × D ppm , 式中X-为稀土固溶量，A＝μg/ml为等离子光谱对稀土的检测量，B-为最后上机试样量，C-为电解失重量，D-为过交换柱溶液量与总溶液量之比。
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