电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铝锆合金中锆铪元素

段　双，朱　智，金小成，高　鹏

(沈阳铸造研究所，沈阳 110022 )



电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铝锆合金中锆铪元素

段双，朱智，金小成，高鹏

(沈阳铸造研究所，沈阳 110022 )

摘要：采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铝锆合金中锆和铪元素，研究这两种元素的溶样方法、分析线的选择及干扰的消除，并对分析条件进行优化。通过准确度和精密度试验，验证了方法的准确性和可靠性。

关键词：电感耦合等离子体原子发射光谱；铝锆合金；锆；铪

铝合金是工业生产中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业领域中已大量应用[1]。随着近年来科学技术及工业经济的飞速发展，对铝合金的各项性能要求也越来越高，在铝合金中加入锆可以改善其热性能，锆也可降低铝合金的结晶温度，可使铝合金强度提高[2-3]。锆具有密度低、耐腐蚀、加工性能优异等优点,添加锆可以使铝合金的晶粒细化[4]。铝锆合金作为添加合金组分的重要原料，锆(及铪)的含量也决定铝锆合金产品的质量和用途，因而在生产使用过程中准确快速的测定锆(及铪)的含量具有重要意义[5]。锆的测定多采用络合滴定法[6]，该方法较繁琐、用时长。本文采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法[7-10]直接测定铝锆合金中的锆和铪，对溶样方法、工作条件的选取、分析线的选择及干扰的消除进行了研究，结果令人满意。

1实验部分

1.1仪器与试剂

美国利曼公司 PRODIGY型电感耦合等离子体原子发射光谱仪；HCl (ρ1.10g/mL)； HCl(1+1)； HNO3(ρ1.42g/mL)；H2O2(ρ1.10g/mL)；王水(HCl∶HNO3=3∶1)；高纯铝：铝大于99.999%；锆、铪、铝的标准储备溶液：1.000mg/mL。

铪(0.100mg/mL)：将50.00mL铪标准储备溶液(1.000mg/mL)移入500mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至500mL，混匀，此溶液为铪(0.100mg/mL)。

1.2仪器工作条件

观测方式：垂直；发生器功率：1.2kW。

冷却气流量：20L/min；辅助气流量：0L/min；雾化器流量：1.2L/min。

蠕动泵速：1.40mL/min；积分时间：10s；积分次数：3。

氩气纯度：氩气的体积分数大于99.999%。

1.3试验方法

校准曲线溶液的制备[13]：称取0.090g高纯铝5份分别置于200mL烧杯中，加入10mL(1+1)HCl后加热溶解，溶解后加入2滴管H2O2，再加入10mL王水继续加热溶解，溶解后取下，冷却至室温。将溶液转移至100mL容量瓶中，按表1加入被测元素的标准溶液，建立适合的校准曲线。

表1校准曲线溶液的制备

分析元素标准溶液/(mg/mL)加入标准溶液的体积/mL相应曲线中元素含量/(质量分数)%锆Zr(1.000)0,1.00,3.00,5.00,7.001.00～7.00铪Hf(0.100)0,0.50,1.00,3.00,5.000.050～0.500

试样溶液的制备：称取0.100g样品于200mL烧杯中，加入10mL(1+1)HCL后加热溶解，溶解后加入2滴管H2O2，再加入10mL王水继续加热溶解，待样品完全溶解后，取下冷却至室温。将溶液转移至100mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至100mL，摇匀。同时做空白试验，按仪器工作条件进行测定。

2结果与讨论

2.1溶样方式的选择

通常溶解铝合金的方法有[6,10-12]：(1)氢氧化钠+过氧化氢；(2)HCl+HNO3；(3)HCl+H2O2等方法。通过试验比较以上几种溶样方法，结果发现：方法(1)溶样后需要酸化，溶解过程较为复杂，而且钠离子火焰的焰色反应较强，会过多干扰检测；方法(2)溶解后会有黑色不溶物；方法(3)溶解后稳定性稍差。经过多次试验，根据铝锆合金的特性改进溶样方法，选择(3)再加入王水的方法，该溶样方法溶解样品彻底、稳定性好，检测干扰小。

2.2分析线的选择及干扰的消除

试验研究了锆和铪元素的多条分析谱线，发现其有较多复杂的吸收峰，为准确测定铝锆合金中锆和铪元素的含量，首先要严格将校准曲线与待测溶液进行基体匹配；同时，在多条分析线中锆对铪都存在比较严重的谱线重叠干扰。通过大量试验，舍弃干扰严重的分析线，最终选择Zr(339.198)和Hf(277.336)这两条分析线。

2.3准确度及精密度试验

2.3.1准确度试验

在确定的仪器工作条件下，用络合滴定法进行比对，验证ICP-AES方法测定Zr的准确性；采用加标回收的方法验证ICP-AES测定Hf的准确性。.

(1)分别用两种方法测定3个样品中Zr含量，检测结果见表2。

表2Zr检测结果比对

样品名称ICP-AES法测定Zr含量络合滴定法测定Zr含量相对误差/%1#样品4.854.890.822#样品5.285.330.943#样品5.005.010.20

(2)加标回收率试验(Hf)：在1#样品中进行加标回收实验，选择分析线Hf(277.336)，结果见表3。

表3加标回收结果

测定值加入量测定总量回收率/%0.1100.1000.213103.00.1100.2000.30597.50.1100.3000.411100.3

2.3.2精密度试验

在确定的仪器工作条件下，将3#样品连续测定10次，进行精密度试验。Zr(339.198)和Hf(277.336)的相对标准偏差(RSD)分别为2.06%和3.54%，均小于4%，结果满足要求。见表4。

表4　精密度试验结果

3结束语

通过试验，建立了电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)测定铝锆合金中Zr和Hf元素的方法。该方法操作简便，准确度较高，通用性好，适用性强，能较好的满足航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中铝锆合金测定的需要。

参考文献：

[1]刘兵，彭超群，王日初，等.大飞机用铝合金的研究现状及展望[J].中国有色金属学报，2010，20(9)：1705-1713.

[2]熊炳昆.锆在有色金属材料中的应用[J].稀有金属快报，2005，24(6)：45-47.

[3]CHEN Bin，LU Chen，LIN Dong-Liang，et al.Effect of zirconium addition on microstructure and mechanical properties of Mg97Y2Zn1 alloy [J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2012，22(4)：773-778.

[4]谢优华，杨守杰，戴圣龙，等.Zr对超高强铝合金铸态组织及晶粒度的影响[J].中国有色金属学报，2002，12(S1)： 131-135.

[5]周锡林，尹继先，刘纪勇，等.铝锆合金的微波消解及锆测定[J].稀有金属及硬质合金，2010，38(4)：56-59.

[6]孙宇红，徐炜.EDTA络合滴定法测定铝锆中间合金中的锆[J].兵器材料科学与工程，2004，27(5)：47-48.

[7]朱明华.仪器分析[M].北京：高等教育出版社，2005.

[8]杨春晟.原子光谱分析[M].北京：化学工业出版社，2010.

[9]辛仁轩.等离子体发射光谱分析[M].北京：化学工业出版社，2005.

[10]GB/T 20975.25-2008，铝及铝合金化学分析方法 [S].

[11]李刚，陈苏，李艳，等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定核级锆合金中17种常量及痕量元素[J].冶金分析，2012，32(11)：56-60.

[12]HB/Z 5218.15-2004，铝合金化学分析方法 [S].

[13]GB/T 20125-2006，低合金钢多元素含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法[S].

(责任编辑：赵丽琴)

Determination of Zr and Hf in Aluminum Zirconium Alloys by ICP-AES Method

DUAN Shuang,ZHU Zhi,JIN Xiaocheng,GAO Peng

(Shenyang Research Institute of Foundry,Shenyang 110022,China)

Abstract：The determination of Zr and Hf in Aluminum zirconium alloys is studied by ICP-AES.Systematic research is conducted on the dissolving method,the selection of analytical line and the eliminating interference for determination of these two elements by ICP-AES.And Analysis conditions were optimized.Through the accuracy and precision experiment,it verified the accuracy and reliability of the method.

Key words：ICP-AES；aluminum zirconium alloys；Zr；Hf

中图分类号：O657.31

文献标志码：A

文章编号：1003-1251(2016)02-0108-03

作者简介：段双(1984—)，女，工程师，研究方向：金属材料成分分析。

收稿日期：2015-05-25