火花源发射光谱法测定H62铜合金中铜含量

王　聪，张　博

(西安黄河机电有限公司，陕西　西安　710043)



火花源发射光谱法测定H62铜合金中铜含量

王聪，张博

(西安黄河机电有限公司，陕西西安710043)

摘要：理论分析了铜合金中铜含量与铜合金(H62)中铜和锌光强比之间的关系。建立了火花源原子发射光谱测定铜合金(H62)中铜元素含量的方法，建立了铜含量测试工作曲线，线性相关系数为0.9875精密度测试RSD为0.13。对5个未知样品进行了测试，结果与碘量法分析结果一致。

关键词：火花源发射光谱法；H62铜合金；铜

H62黄铜具有一定的抗拉强度、良好的塑性和耐磨性，较低的摩擦系数，较佳的导电和导热性能。适宜制造滚动轴承保持架，此外广泛用于制造电器零件[1]。H62黄铜是铜锌二元合金，与其他金属材料不同，其他金属材料国标成分检测项目中都只有合金元素的含量检测，基体含量作为余量不做检测。铜合金则专门对基体铜的含量进行了明确的规定[2]。而铜含量也成为了H62这种二元合金中非常重要的验收依据。铜合金中铜含量的测定分析方法有电解重量法[3]和滴定法[4]。电解重量法分析每个样品需20 h，滴定法分析每个样品需要40 min。

火花源发射光谱法不需要使用酸进行样品的溶解，分析耗时短，测试一个样品从制取样品到分析完成仅需5～10 min。但对于基于传统理论基础的火花源发射光谱仪，其分析方法中核心思路是待测元素光强与基体元素光强之比同待测元素含量成一次或二次相关关系。这其中基体元素由于含量远远超过待测元素含量所以基体元素光强被认定为常数。但对于铜合金中铜元素其含量已经超过50 %，因此无法用传统方法在火花源发射光谱仪上测试。本文通过理论推导及试验，确定了H62铜合金中铜与锌的光强比值同铜含量之间的线性关系。铜元素和锌元素发射光强均无法视为常数，使用其比值与铜含量之间呈现出的线性关系测试了铜含量。

1理论分析

H62铜合金是铜锌合金，Cu质量百分含量为60.5 %～63.5 %。除少量的杂质外其余量为锌，锌作为余量含量稳定、波动小、大量存在，总量按照100 %计算。此时含量比与铜含量的关系如表1所示，以Cu / Zn为横坐标、Cu含量为纵坐标作图，如图1。

表1　不同铜锌比时的铜含量

图1　不同铜锌比时的铜含量

由图可知铜锌比与铜含量呈现线性关系，通过线性拟合得：

(1)

式中：CCu为铜百分含量，CZn为锌百分含量。

因此铜锌比与铜含量的关系可用式(2)表示：

(2)

式中：k1、k2为常数系数。

根据赛伯-罗马金式[5]式(3)可导出式(4)式(5)：

I=a×Cb

(3)

式中：I为元素发射光强，a为激发状态系数，C为元素含量，b为自吸系数。

(4)

(5)

自吸系数b当元素浓度低时可近似取值为1，火花发射由于单点激发样品量少因此自吸系数可近似取值为1，因此式(5)可简化合并为式(6)。

(6)

将式(6)代入式(2)可得式(7)：

(7)

CCu=A×IR+B

(8)

式8表明当光谱仪器测试稳定，光谱自吸效应弱，检测器符合线性范围的情况下铜含量和铜与锌的光强比呈线性关系。即通过测试铜与锌的光强比可以通过计算获得铜含量。

2实验部分

2.1仪器及试剂

火花源光电直读原子发射光谱仪Q8 Megellan(德国布鲁克公司)；分析天平AG285(瑞士梅特勒)；台式车床CQ6128A型(临沂金星机床有限公司)

H62标样(Cu61.04 %，洛阳铜加工厂)，二次去离子水(西安东冠蒸馏水厂)，硝酸(优级纯，西安化学试剂厂)，氨水(分析纯，西安三浦精细化工厂)，冰乙酸(分析纯，天津市化学试剂三厂)，硫氰酸铵(分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司)，可溶性淀粉(分析纯，成都金山化工试剂厂)，氟化氢铵(分析纯，西安化学试剂厂)，碘化钾(分析纯，天津市博迪化工有限公司)，硫代硫酸钠(分析纯，西安化学试剂厂)

2.2样品处理

选取均匀性通过GB / T15000.3—2008[6]检验满足标准要求，尺寸为Ф40～Ф50 mm，厚度不小于5 mm[7]的铜合金试样在专用车床上进行加工，加工表面平整，表面粗糙度不低于Ra3.2 μm[8]。无氧化、气孔、油污等缺陷及污染[9]。

2.3铜含量的滴定分析

称取试样0.1 g，加入5 ml硝酸加热溶解至铜合金完全溶解，蒸发多余硝酸至体积剩余1 ml，冷却后加入蒸馏水使总体积控制在90～100 ml。滴加氨水至刚有沉淀出现，滴加乙酸至沉淀溶解并过量5滴，加入20 ml 15 %氟化氢铵溶液和10 mL15 %碘化钾溶液，使用0.1 mol / L硫代硫酸钠溶液滴定至计算终点前3 ml加入5 ml指示剂(含有硫氰酸铵100 g / L，淀粉10 g / L)。继续滴定至终点蓝色消失，记录消耗硫代硫酸钠体积计算铜合金中铜含量并记录结果。

2.4火花源发射光谱仪测试

2.4.1仪器设置参数

氩气压力0.35 MPa，极间距4 mm，电极顶角90°，光室恒温温度30 ℃。氩气吹扫10.0 s、预燃时序电流curv22 ，频率200 Hz ，时间15.0 s、积分时序curv41 ，频率100 Hz ，时间5.0 s。

2.4.2分析线对的选择

参比通道选择Zn206.256 9 nm。由于仪器出厂硬件配置没有锌基体，选择测试用Zn206.256 9 nm为参比通道。

铜测试通道选择用2.4.1参数下，铜合金激发测得铜元素光强与基体元素Zn206.256 9 nm所测得光强接近的Cu296.202 5 nm，以保证测试的光强在光电倍增管测光相同线性范围。

2.4.3样品测试

打开电源及测试软件，根据2.4.1及2.4.2中参数设置仪器。仪器预热20 min后开始测试，进入测试程序，根据提示步骤将待测试样品放置于测试孔上。检查仪器状态栏正常后按测试按钮进行，程序会自动按照预设参数进行测试并显示测试结果。

3结果与讨论

3.1标准曲线的建立

3.1.1曲线标样

选择的5块用于绘制测试曲线的标样编号及化学分析值见表2。

表2　曲线标样铜含量

在选定的测试条件下，在软件中曲线绘制程序下对曲线标样进行激发测试得出结果绘制测试曲线。每块试样测试不少于5次，剔除异常结果后，有效结果不少于3组。最终得到Cu元素与Zn元素的光强比和Cu元素含量比之间的关系如图2。

图2　铜工作曲线图

图2中曲线通过计算机自动拟合，拟合式为式9，曲线拟合R2=0.987 5拟合较好，可以满足日常分析测试要求，因此确认了铜锌光强比与铜含量称线性关系：

CCu=0.001 4×(IR)+28.049

(9)

3.2精密度

按照本法确定的分析参数，选取 2 个样品作精密度试验，其结果如表3所列。由表3可见，本法具有良好的精密度。

表3　方法精密度

4样品分析

使用预设参数和建立的曲线对5个未知H62铜合金样品进行了Cu含量的测试，并与滴定分析测试数据进行对比。测试的结果如表3。结果表明新建立的直读光谱测试方法与滴定分析测定结果吻合，方法准确性符合标准[10]要求。

表4　测试数据对比表

5结论

本文通过理论推导出H62铜合金中铜锌元素光强比与铜元素含量之间的关系。在Q8型火花源光电直读原子发射光谱仪上建立测试方法，绘制测试曲线对H62铜合金中铜元素含量进行了测定，结果符合测试要求。

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投稿日期：2015-12-24；修回日期：2016-01-14

Determination of copper in H62 copper alloy by using spark source atomic emission spectrometer

WANG Cong，ZHANG Bo

(XianHuangheMechanicalandElectricalCo.，Ltd，Xi’an710043，China)

Abstract：Analysis of the relations between copper content and intensity ratio of copper and zinc.A method for determination of the copper in H62 copper alloy by using spark source atomic emission spectrometer is used.The linear correlation coefficient of copper calibration curve is 0.9875 and RSD is 0.13.The determination of results on five unknown samples is consistent with those obtained.

Keywords：spark source atomic emission spectrometer；H62 copper alloy；copper

中图分类号：O 657.3

文献标识码：B

文章编号：1003—6563(2016)02—0086—04

作者简介：王聪(1987-)，男，本科，助理工程师，主要从事金属材料分析。