电感耦合等离子体原子发射光谱法测定TG6钛合金中Al、Si、Zr、Nb、Ta、Sn含量

高 颂 庞晓辉 梁红玲

(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)

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定TG6钛合金中Al、Si、Zr、Nb、Ta、Sn含量

高 颂1，2庞晓辉1,2梁红玲1

(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)

介绍了采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定TG6钛合金中Al、Si、Zr、Nb、Ta、Sn元素的方法，进行了样品溶解试验、优化了仪器条件、考查了基体和主量元素对待测元素的谱线干扰，确定了分析线。对样品进行了加入回收和精密度试验，回收率95～102%，RSD≤0.81%。使用标准物质进行了数据对比，数据相符性高。

电感耦合等离子体原子发射光谱法 TG6钛合金

高温钛合金是伴随着高新技术的需求而研制开发的新型钛合金结构材料。随着航空发动机推重比提高，发动机的工作条件更为复杂和苛刻，对高比强度、低密度和耐高温能力的需求更加强烈。高温钛合金恰恰符合这样的要求，可代替钢或镍基高温合金，用于制造航空发动机压气机轮盘、叶片、整体叶盘、机匣等结构件，可使整个发动机结构质量减轻，而显著提高发动机的推重比和使用性能。目前高推重比航空发动机对钛合金的长时使用温度要求已达到600℃，因此需研究新型耐高温钛合金材料[1-5]。TG6钛合金是目前国内最新型的高温钛合金材料，其名义成分Ti-5.8 Al-4 Sn-4 Zr-0.5 Ta-0.7 Nb-0.4 Si-0.06C，通过加入较高含量的铝、硅、锆、铌、钽、锡等元素来进行合金化，

可以显著改善合金的耐热性，获得优异的高温蠕变抗力，因此准确测定TG6中合金元素的含量对TG6钛合金的研发具有重要意义。

电感耦合等离子体原子发射光谱法相对于化学分析方法具有线性范围宽、基体效应小、检出限低、灵敏度高、快速简便等特点，在冶金、地质、环境等领域被广泛应用[6-8]，本实验采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定TG6钛合金中铝、硅、锆、铌、钽、锡等，对TG6样品的溶解、分析谱线选择、基体及共存元素干扰，仪器条件的优化等进行了系统的试验，建立了适于测定TG6中铝、硅、锆、铌、钽、锡的分析方法，并进行了加入回收试验和标准物质对照试验。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

美国Perkin Elmer公司生产的Optima8300DV型全谱直读电感耦合等离子体光谱仪。

铝、硅、锆、钼、铌、钽、锡标准储备液1.00 mg/mL，国家标准溶液，钢铁研究总院制，使用时逐级稀释。Ti纯物质(质量分数不小于99.99%)。

Y内标溶液，0.20 mg/mL。称取0.1270 g氧化钇(Y2O3 ,质量分数不小于(99.99%)置于150 mL烧杯中，加入20 mL盐酸，低温加热至溶解完全，冷却后移入500 mL容量瓶中，补加15 mL盐酸(4.1)，用水稀释至刻度，混匀。

实验用盐酸、硝酸、氢氟酸均为优级纯,水为二次蒸馏水。

1.2 仪器工作条件

仪器分析条件:高频频率：40MHz；正向功率：1.3kW，检测器：SCD；观测方向：垂直；观测高度：15mm，冷却气流量：15/min；雾化气流量：0.65L/min；积分时间：5s。内标线钇：371.0nm，分析元素波长见表1。

表1 待测元素分析线波长 nm

1.3 试验方法

称取0.1000g合金样品置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入10mL盐酸(1+1)、1.5mL氢氟酸，低温加热溶解，反应停止后，加入0.5mL硝酸，溶解完全后，冷却后转移入100mL塑料容量瓶中，加入钇内标溶液2.00mL，用水稀释至刻度,摇匀。

1.4 校准曲线配制

称取0.09g纯Ti数份，按1.3同步处理后移入100 mL塑料容量瓶中，根据表2中校准曲线的含量，加入待测元素标准溶液，用水稀释至刻度，混匀，制备标准曲线系列溶液。

表2 校准曲线含量 %

1.5 测定

于光谱仪上，在选定的工作条件下测量各待测元素的百分含量。

2 结果与讨论

2.1 样品溶解试验

航标中使用硫酸溶解钛合金样品[9]，TG6钛合金中加入的钽、铌、硅都易溶于盐酸、硝酸、王水中的任一种与氢氟酸形成的混酸，而不溶于单一酸，因此TG6合金不能采用稀硫酸溶解，经试验本样品采用盐酸、氢氟酸、硝酸溶解，由于硅与氢氟酸生成的四氟化硅容易在70℃以上挥发，因此样品溶解时需要水浴控温在70℃以下。

2.2 仪器工作参数选择

仪器工作条件的优化以提高检测的灵敏度为目标，雾化气流量是ICP分析方法关键的参数之一，影响中心通道内各种参数和分布，因此需对雾化气流速进行优化。在保证其它条件不变的情况下，只改变雾化气流速，测量各元素的谱线强度，结果表明，上述元素的谱线强度随载气流速的增大逐步增加，当雾化气流速在0.65 L/ min 时达到最大后，上述元素的谱线强度值又随雾化气流速增大而减小，本试验选择雾化气流速为0.65 L/ min。

2.3 分析线的选择

待测谱线应免受光谱干扰、足够的线性范围、灵敏度高，根据光谱仪谱线库提供的待测元素铝、硅、锆、铌、钽、锡的推荐波长及背景等效浓度、检出限、信噪比、强度等参数，对待测元素的谱线进行初选。配制上述待测元素浓度为10μg/mL的单标准溶液，在选定的波长处用进行谱图扫描，同时扫描基体元素钛及主量元素铝、硅、锆、铌、钽、锡的单标准溶液，观察待测元素的谱线受基体和主量元素的干扰情况和待测元素互相间的干扰情况，表3、4中列出了谱线选择的结果。

表3 谱线受干扰情况

综上所述选择Al：394.4 nm、Si：251.6 nm、Zr：343.8 nm、Nb：269.7 nm、Ta：240.0 nm、Sn：189.9 nm为待测元素分析线，背景点在表4中列出。

表4 元素分析谱线及背景校正扣除点 nm

2.4 线性范围、相关系数和检出限

根据样品中的待测元素的含量和基体成分，配制工作曲线,其浓度范围、相关系数见表5。

方法检出限是选用的分析方法和所用仪器进行微量分析的重要技术指标，它表明该方法所能检出某元素的最低浓度，在确定的测量条件下对试剂空白溶液进行了11次测定，计算其标准偏差，以3倍的标准偏差为其检出限，计算出各元素的检出限,见表5。

表5 线性范围、相关系数、检出限

2.5 方法的回收率和精密度

按所确定的仪器工作参数与实验方法，取同一批次的TG6合金样品8份进行了测定，并进行了加入回收试验，结果见表6。取钛合金标准物质作了标准物质对照试验，结果见表7。

表6 TG6合金样品的分析结果 %

表7 钛合金标准物质的分析结果

%

本实验选择Al 394.4 nm、Si 251.6 nm、Zr 343.8 nm、Nb 269.7 nm、Ta 240.0 nm、Sn 189.9 nm为分析线，进行了样品溶解研究、优化了仪器条件、对样品进行了加入回收和精密度试验，回收率95～102%，RSD≤0.81%。使用标准物质进行了数据对比，数据相符性高。试验结果表明本方法可以消除基体和主量元素的光谱干扰，灵敏度高，检出限低。本方法快速、准确,可用于TG6钛合金中铝、硅、锆、铌、钽、锡含量的测定。

[1]李娟,蔡建明,段锐.近α型TG6高温钛合金中硅化物的沉淀析出行为[J].航空材料学报,2012.10(5)：33-37 .

[2]王涛，郭鸿镇，赵严，姚泽坤，虢迎光，窦仲林.等温变形量对600℃TG6高温钛合金组织性能的影响[J].稀有金属快报2010，39(9)：1541-1544.

[3]李娟,蔡建明,黄旭,曹春晓.TG6高温钛合金中α相的沉淀析出行为及其对塑性的影响[J]. 航空材料学报,2011.12(31)：80-84 .

[4]王涛,郭鸿镇,张永强,姚泽坤,谭立军. 热锻温度对TG6高温钛合金显微组织和力学性能的影响[J].金属学报，2010，46(8)： 913-920.

[5]蔡建明,张华,黄旭,曹春晓.[J]. 中国有色金属学报，2010,(10):S343-S347.

[6]高颂、庞晓辉.电感耦合等离子体发射光谱法测定钛合金ZTC4及纯Ti中杂质元素[J]. 冶金分析,2010,9(30)：610～613.

[7]高颂 庞晓辉 王桂军. 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高铌钛铝合金中硼、硅、钨、锰元素含量[J].冶金分析，2013，33(11)：59-62.

[8]庞晓辉,高颂,王桂军.ICP-AES法测定TB6钛合金中铝钒铁[J].分析仪器，2013,(4):52-54.

[9] HB 7716.13-2002钛合金化学成分光谱分析方法.

Determination of Al,Si,Zr,Nb,Ta and Sn in TG6 alloys by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.

Gao Song1，2，Pang Xiaohui1,2，Liang Hongling1

(1.AVICBeijingInstituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095,China; 2.BeijingKeyLaboratoryofAeronauticalMaterialsTestingandEvaluation,Beijing100095,China)

A method for determination of Al,Si,Zr,Nb,Ta and Sn in TG6 alloys by ICP-AES was proposed. The experiment of instrument parameters, sample dissolution, selection of analysis lines，the effect of matrix and coexistent elements on the determination，the comparisons of reference materials and the analytial results were carried out. The recovery rate is 95%-102%，RSD≤0.64%.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry；TG6 alloys

高颂，女，1978年出生，高级工程师，硕士，就职于中航航空工业集团公司北京航空材料研究院。

10.3936/j.issn.1001-232x.2015.04.006

2014-07-31