ICP-AES法测定TB6钛合金中铝钒铁

(1.中航工业北京航空材料研究院，北京 100095；2.航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京 100095；3.中航(试金石)检测科技有限公司，北京 100095)

钛合金材料比重小比强度高，耐热性和抗腐蚀性好，具有较宽的工作温度，在航空航天工业中获得了广泛应用。TB6钛合金作为直升机用钛合金铸件已批量生产，主要合金元素Al、V、Fe含量范围需要严格控制。在现行的分析方法中，国标中钛合金中各元素的分析主要采用化学分析方法和发射光谱法[1]，化学法是单元素分析，操作步骤繁琐，耗时长，使用试剂多，工作效率低，现在已很少使用，航标中钛合金分析一般采用原子吸收法和电感耦合等离子体原子发射光谱法[2](ICP-AES)，原子吸收法是单元素分析，效率低，航标中的ICP-AES法不分析Fe元素，V元素的分析上限6%，无法满足TB6钛合金分析要求。电感耦合等离子体原子发射光谱法由于其灵敏度高、分析速度快、可多元素同时分析等特点已获得广泛使用[3-7]。本实验研究了采用ICP-AES同时测定钛合金中Al、V、Fe元素方法，进行了钛合金样品溶解、分析谱线选择、干扰消除、仪器参数优化等试验，进行了标准物质对照和加入回收试验，建立了适用于TB6钛合金中Al、V、Fe元素分析方法。

1 实验方法

1.1 仪器及工作条件

美国Perkin Elmer公司生产的Optima5300V型全谱直读电感耦合等离子体光谱仪。高频频率：40 MHz；正向功率：1.1 kW，观测高度：15 mm，冷却气流量：12 L/min，载气流量：0.8 L/min，辅助气流量：0.2 L/min；

分析元素谱线：

Al 394.401 nm,V292.402 nm，Fe 239.562 nm；

1.2 试剂及标准溶液

所用器皿烧杯为聚四氟乙烯材料，容量瓶为塑料容量瓶，各待测元素Al、V、Fe单标准储备液均为1.00 mg/mL的国家标准溶液，国家钢铁材料测试中心制，使用时根据需要配制成适当浓度的混合标准溶液,Y内标溶液0.2 mg/mL。

盐酸、硝酸、氢氟酸均为优级纯，水为去离子水，基准钛纯度大于99.95%

1.3 试验方法

1.3.1 试样溶液的制备

称取0.1000 g试样于150 mL烧杯中，加入10 mLHCl， 1 mL HF，1 mL HNO3低温溶解，待试样完全溶解，冷却，加入2.00 mLY内标溶液，转移到100 mL塑料容量瓶中用水定容待测。

1.3.2 校准曲线溶液的制备

分别称取0.09 g纯钛4份，于4个150 mL聚四氟乙烯烧杯中，分别加入适量待测元素Al、V、Fe的标准溶液，然后按试样溶液的制备步骤进行，配制成校准曲线溶液，浓度见表1。

表1 校准曲线溶液浓度 (μg/mL)

1.3.3 测量

在选定的仪器工作条件下上机测量，根据各元素校准曲线溶液的浓度和对应信号强度值，以待测元素浓度为横坐标,测得的强度为纵坐标绘制校准曲线,再测样品溶液的信号强度，根据校准曲线上求得待测样品中元素含量。

2 结果与讨论

2.1 样品溶解试验

(1)一般钛合金可以用稀硫酸溶解或者采用盐酸加氢氟酸溶解，航标中ICP-AES方法处理钛合金采用硫酸溶解，加硝酸氧化,但采用稀硫酸溶解钛合金样品时速度慢，溶解过程不好控制。采用盐酸、氢氟酸加硝酸溶解钛合金效果较好，可很快溶解各类钛合金，本方法采用盐酸、氢氟酸加硝酸的溶解方法进行样品处理。

(2)溶液酸度控制

溶液酸度的大小对ICP光谱仪谱线激发强度有影响，一般溶液酸度越大激发的谱线强度随之减弱，即酸效应，因此必须保持校准曲线溶液和样品溶液的酸度一致，本实验选择溶液酸度控制在10%左右，保证样品溶解时快速溶解完全。

2.2 分析线选择

选择各待测元素Al、V、Fe,的灵敏线数条，用各待测元素的单标准溶液(10 μg/mL)和基体钛(1.00 mg/mL)的单标准溶液在仪器上做谱图扫描，考察待测元素谱线受干扰情况，经选择对比，最终确定待测元素的分析线和扣背景点，见表2。

表2 元素分析谱线及背景校正扣除点 (nm)

2.3 内标的选择

由于TB6钛合金待测元素含量较高，测量过程中受各种因素影响数据会有波动，因此需要加入内标元素进行控制。分别处理6份同一TB6钛合金样品，选择加内标(Y内标溶液0.2 mg/mL，加入2.00 mL)和不加内标方式进行上机测量，试验结果(n=6)见表3。

表3 内标对测量精密度的影响

结果表明加入内标后可以改善测量的精密度，本实验采用加内标的方法。

2.4 加入回收试验和标准物质对照试验

取11份TB6钛合金样品进行了加入回收试验，取钛合金标准物质做标准物质对照试验，试验结果(n=11)见表4、表5。

表4 回收率和精密度 (%)

表5 标准物质对照结果 (%)

3 结论

本方法采用ICP-AES法对TB6钛合金中Al、V、,Fe元素的测定进行了研究，对钛合金样品的溶解、酸度的选择进行了试验，考察了基体和主量元素对待测元素的干扰情况，选定了分析线Al 394.401 nm、V 292.402 nm、Fe 239.562 nm，优化了仪器的工作参数，进行了标准物质对照试验和加入回收试验，结果表明测得值与标准值相符，最大偏差小于0.16，相对标准偏差小于1%，加入回收试验回收率在99～102%之间，相对标准偏差小于1%。回收率、精密度满足日常分析的要求，方法准确可靠。

[1]GB/T 4698.21-1996《海绵钛、钛及钛合金化学分析方法 发射光谱法测定锰、铬、镍、铝、钼、锡、钒、钇、铜、锆含量》.

[2]HB 7716.1～14-2002钛合金化学成分光谱分析方法.

[3]李慧芝，翟殿棠，许崇娟，等．发射光谱法同时测定钛基复合材料中的镍铁钼锰和硼的研究[J]．光谱学与光谱分析，2007，27(6)：1204-1206．

[4]羊送球，黄永红．ICP-OES法测定钛合金中硼含量[J]．钛工业进展，2006，23(2)：35-36．

[5]杜米芳.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛合金中硼[J].冶金分析,2010.11:30-35.

[6]杜米芳，李治亚，李景滨,等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定海绵钛合铁硅锰镁[J].冶金分析,2009.29(7):24-27.

[7]吴世凯.ICP—AES法同时测定钛合金中八种元素的研究.特钢技术，2007,4:38-40.