惰气脉冲熔融热导法测定铌钛合金中氢含量

赵 飞 杨军红 翟通德 王 芳

(西部金属材料股份有限公司，西安 710016)

惰气脉冲熔融热导法测定铌钛合金中氢含量

赵 飞 杨军红 翟通德 王 芳

(西部金属材料股份有限公司，西安 710016)

为准确测定铌钛合金中氢含量，使用LECO-404氢分析仪，采用惰性气氛脉冲加热熔融试样，热导法测定。研究了不同的脱气功率对空白值和试样分析值的影响，选择了脱气功率为4 500 W。通过助熔剂实验，选择了0.50 g锡作为铌钛合金中氢释放的助熔剂。验证了钛标准样品的适用性。确定了分析功率为3 500 W，最短积分时间为60 s。精密度实验中氢含量测定的相对标准偏差(RSD)为2.5%～5.5%，加标回收率为97.82%～104.5%，可以准确测定铌钛合金中氢含量。研究结果对准确测定铌钛合金中氢含量具有指导意义。

铌钛合金；惰气脉冲熔融；热导法；氢

前言

铌钛合金是由铌和钛两种元素组成的超导合金。合金中Ti的含量一般在46%～50%范围内，是应用最广的超导材料。铌钛超导材料由于具有良好的超导性能和优异的机械性能，是目前应用范围最广的低温超导材料，其用量占整个超导市场的90%以上[1]。在电工、交通、医疗、工业、国防和科学实验等高科技领域都有着重要的现实意义和巨大的发展前景[2]。金属中的氢易使金属中产生空隙使金属变脆，因此准确测定该材料的氢含量显得尤其重要[3-4]。目前铌、钛中氢含量的测定均采用脉冲加热-热导法[5-6]，该方法操作简便，分析速度快，准确度高。铌钛合金中氢含量的测定未见报道，本分析方法的研究，不但能及时解决铌钛中氢的测定问题，而且对于保障该产品的质量具有重要意义。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

RH-404氢测定仪(美国LECO公司)，该仪器由脉冲电极炉、内置天平、热导检测系统和计算机系统组成。试样由落样器投入已脱气的炽热石墨坩埚，高温下试样中的氧与石墨生成CO，经舒茨试剂将其氧化成CO2，再被碱石棉吸收。氢和氮以H2和N2形式释放，经色谱柱分离后，H2随同氩气进入热导检测器，利用H2和氩气热导的显著差异，由热导检测器检测后，计算机显示测定结果。

钛标准样品(LECO 502-024，(22.8±3.8) μg/g)；气体分析用锡片助熔剂(φ8 mm×1 mm)，ω(H)≤0.0001%；载气用氩气(质量百分数为99.995%)；光谱纯高温石墨坩埚；均匀Nb47Ti试样。

1.2 试样处理

Nb47Ti试样，使用机械装置慢速旋转从实验样品上切取加工试样，不用润滑液。从样品心部剪切，取样后用丙酮洗干净，晾干后取样。

1.3 实验方法

仪器开机预热1 h，待各项参数稳定且达到预设值后，平行三次测定系统、助熔剂和石墨坩埚空白值，进行空白校正。然后平行测定LECO 502-024标准样品三次，进行仪器校准。将称取的试样置于落样器中，于下电极放置石墨坩埚，点分析按钮，仪器自动检测并显示氢含量。

2 结果与讨论

2.1 锡助熔剂的质量

铌钛合金中的氢释放困难，为使氢达到较好的释放效果，采用锡片作为助熔剂。称取0.10 g铌钛试样，选择助熔剂质量为0.10～1.00 g，分析功率为3 500 W，测定结果见表1。由表1可以看出，当锡助熔剂的质量不大于0.30 g时，助熔效果不好，试样中的氢释放不稳定，质量为0.40～1.00 g时，氢释放稳定。由于高温下锡挥发较强，产生的粉尘对仪器有不利影响，实验选择助熔剂质量为0.50 g。

表1 锡助熔剂质量实验

2.2 脱气功率对空白值的影响

选择从3 600 W至5 500 W递增的脱气功率，坩埚中加入0.50 g锡助熔剂，进行空白值测定，统计结果如图1所示。

图1 脱气功率对空白值的影响Figure 1 Effects of degassing power on blank value.

由图1可以看出，当脱气功率为3 600～4 000 W时，空白值逐渐降低，4 100～5 500 W时，空白值稳定。当脱气功率升高，锡助熔剂和石墨的挥发增加，对仪器会造成不利影响，因此，实验选择脱气功率为4 500 W。

2.3 钛标准样品适用性验证和分析功率的选择

因钛标准样品与钛试样基体成分相近，实验选择用均匀钛试样与铌钛合金试样做释放条件对比。分别称取0.10 g钛和铌钛试样，选择脱气时间为30 s，选择从2 000 W至4 800 W递增的分析功率，按实验方法检测氢含量，所得统计结果如图2所示。

图2 不同功率下氢测定结果Figure 2 Determination results of hydrogen under different powers.

由图2可以看出，在相同分析功率下，铌钛合金与钛试样释放情况相近，因此可选择使用钛标准样品校准。铌钛合金在分析功率为3 200～4 800 W时氢测定结果稳定。但当分析功率升高时，石墨与锡助熔剂的挥发增加，会产生更多的微粒，易堵塞微粒过滤器，同时由于功率升高，高温坩埚的温度也会升高，会加速与之接触的上、下电极的损耗，故实验选择分析功率为3 500 W。

2.4 精密度实验

对均匀铌钛试样，使用LECO钛标准样品(22.8±3.8) μg/g校准仪器，进行精密度实验，结果如表2所示。

表2 精密度实验

由表2可以看出，对两组铌钛试样氢含量的分析，RSD分别为5.5%和2.5%，实验精密度良好。

2.5 加标回收实验

选用钛标准样品LECO 502-024进行加标回收实验，结果如表3所示，由表3数据可以看出，加标回收率在97.82%～104.5%，加标回收率良好，本方法可准确测定铌钛合金中氢含量。

表3 氢加标回收实验

3 结语

实验选定了铌钛合金中氢含量测定的脱气、分析功率，锡助熔剂的质量，验证了钛标准样品可用于脉冲热导法测定铌钛合金中氢含量的校准。方法精密度良好，可准确测定铌钛合金中氢含量。

[1] 石新层,周恺,杨军红.惰气熔融-红外热导法同时测定铌钛合金中氧和氮[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2010,30(12):30-32．

[2] 刘忠杰,肖桐,覃庆泽．焊缝金属中可扩散氢含量的试验研究[J]．兵器材料科学与工程(OrdnanceMaterialScienceandEngineering),2003,2(5):44-45．

[3 ] 钟华.脉冲加热-红外吸收光谱法测定钒铝合金中氢[J].中国无机分析化学(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2013,3(2):56-59.

[4] 杨倩倩,马红权,郭飞飞,等.脉冲熔融-飞行时间质谱法测定Nd-Fe-B材料中的氧、氮、氢[J].中国无机分析化学(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2013,3(4):38-40.

[5] 宋忠训．脉冲加热色谱法测定铝钼合金中氢[J]．冶金分析(MetallurgicalAnalysis),1995,15(3):52-53．

[6] 何雄杰．钛及钛合金中氧和氢的联合测定[J].钛工业进展(TitaniumIndustryProgress),2006,23(1):32-34．

Determination of Hydrogen Content in Niobium-Titanium Alloy by Inert Gas Impulse Fusion Heat Conductivity Method

ZHAO Fei, YANG Junhong, ZHAI Tongde, WANG Fang

(WesternMetalMaterialsCo,Ltd.,Xi’an,Shaanxi710016，China)

Hydrogen in niobium-titanium alloy was accurately determined by Inert gas impulse fusion heat conductivity method using LECO-404 hydrogen analyzer. The effects of different degassing power on blank value and sample analysis value and The 4 500 W was selected as degassing power.By experiment, 0.50 g tin was selected as a flux for releasing hydrogen and the applicability of titanium standard material was verified. The analysis power and shortest integral time were determined to be 3 500 W and 60 s, respectively. The RSD was between 5.5% and 2.5%, and the recovery rates were in the range of 97.82% to 104.5%.The method can determine the content of hydrogen in niobium-titanium alloy accurately．The results can provide some guidance for accurately determine the content of hydrogen in niobium-titanium alloy.

niobium-titanium alloy； inert gas impulse fusion; heat conductivity method； hydrogen

10.3969/j.issn.2095-1035.2017.02.004

2016-08-30

2017-01-05

赵飞，男，工程师，主要从事金属材料成分检测研究。E-mail：8246670@qq.com

O659.2

A

2095-1035(2017)02-0015-03

本文引用格式：赵飞,杨军红,翟通德,等. 惰气脉冲熔融热导法测定铌钛合金中氢含量[J].中国无机分析化学,2017,7(2):15-17. ZHAO Fei, YANG Junhong, ZHAI Tongde,et al. Determination of Hydrogen Content in Niobium-Titanium Alloy by Inert Gas Impulse Fusion Heat Conductivity Method[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry,2017,7(2):15-17.