趙輝，黃輝，李本濤，趙華，李穎，鞏琛（中國兵器工業(yè)集團第五三研究所，濟南 250031）

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鋁合金化學成分標準物質的研制

趙輝，黃輝，李本濤，趙華，李穎，鞏琛
（中國兵器工業(yè)集團第五三研究所，濟南 250031）

介紹鋁合金化學成分標準物質的研制過程。采用中頻感應電爐熔煉法制備了鋁合金化學成分標準物質候選物，并對標準物質候選物的均勻性和穩(wěn)定性進行了考察。選擇6家具有資質的實驗室對研制的標準物質中各化學成分進行協作定值，并對各元素定值的不確定度進行評定。結果表明，在95%的置信區(qū)間內標準物質均勻性良好，經過13個月穩(wěn)定性考察試驗，標準物質穩(wěn)定性良好。Si，Fe，Cu，Mn，Mg，Ti，Cd，V，Zr，B，Sn，Zn的定值結果分 別 為0.013 8%，0.012 5%，2.868%，0.185%，0.014 0%，0.082 8%，0.041 7%，0.032 9%，0.031 4%，0.003 8%，0.003 4%，0.025 6%，定值結果的相對擴展不確定度為1.4%～9.0%（k=2）。研制的標準物質達到相關技術要求，可用于該類鋁合金材料的質量控制。

鋁合金；化學成分；標準物質

鋁合金是一類有色金屬結構材料，具有比重輕、強度高、塑性好、易成形、抗腐蝕等優(yōu)點，廣泛應用于航天、航空、艦船、火炮等各種軍事裝備中［1-2］。鋁合金的密度、比強度、耐腐蝕性等重要的性能參數與其本身化學成分的含量密切相關［3-6］。為了獲得高性能的鋁合金材料，需要鋁合金化學成分標準物質為鋁合金科研生產中的質量控制提供有效的計量保障［7］。目前我國研制的鋁合金化學成分標準物質種類較少，同時含有Si，Fe，Cu，Mn，Mg，Ti，Cd，V，Zr，B，Sn，Zn等12種元素的鋁合金化學成分標準物質未見報道。鋁合金材料的快速發(fā)展，需要更多的標準物質滿足鋁合金材料的質量控制需求［8-10］。因此筆者開展了鋁合金化學成分標準物質的研制工作，主要內容包括制備標準物質候選物；對標準物質候選物進行均勻性檢驗和穩(wěn)定性考察；采用多家實驗室協作定值的方式對標準物質進行定值；最后根據JJF 1059-1999［11］的要求，對定值結果的不確定度進行評定。

1　實驗部分

1.1主要儀器與試劑

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：6300型，美國賽默飛世爾科技公司；

電感耦合等離子體質譜儀：ATTOM型，英國Nu Instruments公司；

原子吸收光譜儀：SpectrAA800型，美國Varian公司；

分光光度計：Lambda900型，美國PE公司；

電動攪拌器：D2004W型，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司；

中頻感應電爐：JXZ-70，深圳聚鑫感應加熱設備公司；

硝酸、鹽酸：優(yōu)級純，天津科密歐化學試劑有限公司；

鋁錠和鎂、鎘、鋅純金屬及鐵、銅、鈦、錫等其它金屬與鋁構成的合金：自制；

實驗用水為高純水。

1.2標準物質制備

根據成分設計要求，以鋁錠為基體，Cd，Mg，Zn以純金屬直接加入；Si，Fe，Cu，Mn，Ti，V，Zr，B，Sn元素以合金形式加入。各元素材料的配比量按成分設計要求精確計算，原材料入爐前需對爐料表面進行清潔處理。

采用中頻感應電爐熔煉，整個工序過程為熔煉、精煉、脫氧除氣、攪拌等。冶煉過程中，為保證材料融熔不被氧化，同時細化晶粒使其成分保持均勻，需加入一定量的氯鹽覆蓋劑。熔液達到設計要求后一次性直接澆入鑄造系統裝置，鑄造成長50 cm、直徑4.5 cm的棒材15根，最后加工成大小均勻，尺寸為1～2 mm的屑狀樣品。

2　結果與討論

2.1標準物質的均勻性檢驗

將制備完成的鋁合金化學成分標準物質候選物充分混勻后分裝到具塞玻璃瓶中，每瓶50 g，共制備并分裝100瓶。依據JJF 1343-2012［12］，樣品單元數少于200時，取樣量不少于11個。因此從100個分裝單元中隨機抽取16個單元（即16瓶），進行均勻性檢驗。B，Zr，Si元素用光度法進行測定，Sn用電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）測定；Fe，Cu，Mn，Mg，Ti，Cd，V，Zn元素采用原子吸收法（AAS）進行測定。最小取樣量為0.5 g，每個單元重復測量3次。采用F檢驗法分析標準物質均勻性檢驗數據，通過比較組間方差和組內方差來判斷各組測量值之間是否存在顯著性差異，如果兩者的比值小于統計檢驗的臨界值，則認為樣品是均勻的，查表可得臨界值F0.05（15，32）=1.97。標準物質的均勻性檢驗結果見表1。由表1可知，鋁合金化學成分標準物質候選物均勻性檢驗數據的統計量F均小于F0.05（15，32），因此研制的標準物質均勻性合格。

表1　鋁合金化學成分標準物質均勻性檢驗結果

2.2標準物質的穩(wěn)定性考察

標準物質分裝后于常溫干燥保存，按照先密后疏的原則，對分裝好的標準物質進行13個月（共6次）穩(wěn)定性監(jiān)測，測試方法和測試儀器與均勻性檢驗一致，采用直線擬合法對標準物質的穩(wěn)定性進行評價。直線的斜率、截距、直線上點的標準偏差以及與斜率相關的不確定度分別由式（1）～（4）計算。

取自由度為n-2，在95%的置信水平下，查表得t因子為2.78。若結果滿足則認為該標準物質在考察時間內是穩(wěn)定的。

鋁合金化學成分標準物質穩(wěn)定性統計檢驗結果見表2。由表2可知，每種元素均滿足即穩(wěn)定性考察趨勢線的斜率均不顯著，因此研制的鋁合金化學成分標準物質在一年的貯存期內量值是穩(wěn)定的。

表2　鋁合金化學成分標準物質穩(wěn)定性考察結果

2.3標準物質定值

采用6家實驗室協作定值，定值方法有光度法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子體光譜法和電感耦合等離子體質譜法。6家實驗室所采用的定值方法見表3，定值結果見表4。

表3　協作定值實驗室及定值方法

根據GB/T 8170-2008的規(guī)定對定值數據進行修約［13］，根據JJF1006-1994 的規(guī)定進行數據的統計處理［14］，最后確定出標準物質的標準值，結果見表4。

表4　鋁合金化學成分標準物質的定值結果 %

2.4定值結果的不確定度評定

根據JJF 1059-1999 《一級標準物質技術規(guī)范》的要求，對鋁合金化學成分標準物質定值結果的不確定度進行評定。標準物質定值不確定度來源主要有協作定值過程引入的不確定度u1、均勻性引入的不確定度u2、穩(wěn)定性引入的不確定度u3，由于各分量互不相關，因此合成標準不確定度擴展不確定度U=ku，在95%置信水平下，取擴展因子k=2。各不確定度分量評定結果及擴展不確定度見表5。

表5　鋁合金標準物質定值結果的相對不確定度 %

3　結語

研制的鋁合金化學成分標準物質滿足均勻性、穩(wěn)定性要求；對制備的標準物質采用多家實驗室協作定值，得到標準物質的標準值；對定值結果進行不確定度評定，各元素相對擴展不確定度為1.4%～9.0%（k=2）。研制的標準物質可為鋁合金材料的質量控制提供有效保障。

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［11］ JJF 1059-1999 測量不確定度評定和表示［S］.

［12］ JJF 1343-2012 標準物質定值的通用原則及統計學原理［S］.

［13］ GB/T 8170-2008 數值修約規(guī)則與極限數值的表示和判定［S］.

［14］ JJF 1006-1994 一級標準物質技術規(guī)范［S］.

Preparation of Certified Reference Materials of Aluminum Alloy Chemical Composition

Zhao Hui， Huang Hui， Li Bentao， Zhao Hua， Li Ying， Gong Chen
（CNGC Institute 53， Jinan 250031， China）

The preparation of certified reference materials of aluminum alloy chemical composition was introuduced. The intermediate frequency induction furnace smelting method was used to prepare the certified reference material candidate for aluminum alloy chemical composition，and the uniformity test and stability test were analyzed. The values of reference materials were determined by six qualified laboratories，and the uncertainty of determination results was evaluated. The results showed that the uniformity was good at the confidence level of 95% and the stability was good in 13 months of long term stability test. The values of Si，Fe，Cu，Mn，Mg，Ti，Cd，V，Zr，B，Sn，Zn in reference materials were 0.013 8%，0.012 5%，2.868%，0.185%，0.014 0%，0.082 8%，0.041 7%，0.032 9%，0.031 4%，0.003 8%，0.003 4%，0.025 6%，respectively， and the expanded uncertainty was 1.4%-9.0%（k=2）. The certified reference materials can meet the requirements of the relevant technology and can be used for the quality control of aluminum alloy materials.

aluminum alloy； chemical composition； certified reference material

O657

A

1008-6145（2016）04-0008-03

10.3969/j.issn.1008-6145.2016.04.002

聯系人：趙輝；E-mail: zhaohui_53@126.com

2016-06-12