趙 飛 楊軍紅 翟通德 王 芳

(西部金屬材料股份有限公司，西安 710016)

惰氣脈沖熔融熱導(dǎo)法測(cè)定鈮鈦合金中氫含量

趙 飛 楊軍紅 翟通德 王 芳

(西部金屬材料股份有限公司，西安 710016)

為準(zhǔn)確測(cè)定鈮鈦合金中氫含量，使用LECO-404氫分析儀，采用惰性氣氛脈沖加熱熔融試樣，熱導(dǎo)法測(cè)定。研究了不同的脫氣功率對(duì)空白值和試樣分析值的影響，選擇了脫氣功率為4 500 W。通過(guò)助熔劑實(shí)驗(yàn)，選擇了0.50 g錫作為鈮鈦合金中氫釋放的助熔劑。驗(yàn)證了鈦標(biāo)準(zhǔn)樣品的適用性。確定了分析功率為3 500 W，最短積分時(shí)間為60 s。精密度實(shí)驗(yàn)中氫含量測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.5%～5.5%，加標(biāo)回收率為97.82%～104.5%，可以準(zhǔn)確測(cè)定鈮鈦合金中氫含量。研究結(jié)果對(duì)準(zhǔn)確測(cè)定鈮鈦合金中氫含量具有指導(dǎo)意義。

鈮鈦合金；惰氣脈沖熔融；熱導(dǎo)法；氫

前言

鈮鈦合金是由鈮和鈦兩種元素組成的超導(dǎo)合金。合金中Ti的含量一般在46%～50%范圍內(nèi)，是應(yīng)用最廣的超導(dǎo)材料。鈮鈦超導(dǎo)材料由于具有良好的超導(dǎo)性能和優(yōu)異的機(jī)械性能，是目前應(yīng)用范圍最廣的低溫超導(dǎo)材料，其用量占整個(gè)超導(dǎo)市場(chǎng)的90%以上[1]。在電工、交通、醫(yī)療、工業(yè)、國(guó)防和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等高科技領(lǐng)域都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和巨大的發(fā)展前景[2]。金屬中的氫易使金屬中產(chǎn)生空隙使金屬變脆，因此準(zhǔn)確測(cè)定該材料的氫含量顯得尤其重要[3-4]。目前鈮、鈦中氫含量的測(cè)定均采用脈沖加熱-熱導(dǎo)法[5-6]，該方法操作簡(jiǎn)便，分析速度快，準(zhǔn)確度高。鈮鈦合金中氫含量的測(cè)定未見(jiàn)報(bào)道，本分析方法的研究，不但能及時(shí)解決鈮鈦中氫的測(cè)定問(wèn)題，而且對(duì)于保障該產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

RH-404氫測(cè)定儀(美國(guó)LECO公司)，該儀器由脈沖電極爐、內(nèi)置天平、熱導(dǎo)檢測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。試樣由落樣器投入已脫氣的熾熱石墨坩堝，高溫下試樣中的氧與石墨生成CO，經(jīng)舒茨試劑將其氧化成CO2，再被堿石棉吸收。氫和氮以H2和N2形式釋放，經(jīng)色譜柱分離后，H2隨同氬氣進(jìn)入熱導(dǎo)檢測(cè)器，利用H2和氬氣熱導(dǎo)的顯著差異，由熱導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)后，計(jì)算機(jī)顯示測(cè)定結(jié)果。

鈦標(biāo)準(zhǔn)樣品(LECO 502-024，(22.8±3.8) μg/g)；氣體分析用錫片助熔劑(φ8 mm×1 mm)，ω(H)≤0.0001%；載氣用氬氣(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為99.995%)；光譜純高溫石墨坩堝；均勻Nb47Ti試樣。

1.2 試樣處理

Nb47Ti試樣，使用機(jī)械裝置慢速旋轉(zhuǎn)從實(shí)驗(yàn)樣品上切取加工試樣，不用潤(rùn)滑液。從樣品心部剪切，取樣后用丙酮洗干凈，晾干后取樣。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

儀器開(kāi)機(jī)預(yù)熱1 h，待各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定且達(dá)到預(yù)設(shè)值后，平行三次測(cè)定系統(tǒng)、助熔劑和石墨坩堝空白值，進(jìn)行空白校正。然后平行測(cè)定LECO 502-024標(biāo)準(zhǔn)樣品三次，進(jìn)行儀器校準(zhǔn)。將稱(chēng)取的試樣置于落樣器中，于下電極放置石墨坩堝，點(diǎn)分析按鈕，儀器自動(dòng)檢測(cè)并顯示氫含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 錫助熔劑的質(zhì)量

鈮鈦合金中的氫釋放困難，為使氫達(dá)到較好的釋放效果，采用錫片作為助熔劑。稱(chēng)取0.10 g鈮鈦試樣，選擇助熔劑質(zhì)量為0.10～1.00 g，分析功率為3 500 W，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可以看出，當(dāng)錫助熔劑的質(zhì)量不大于0.30 g時(shí)，助熔效果不好，試樣中的氫釋放不穩(wěn)定，質(zhì)量為0.40～1.00 g時(shí)，氫釋放穩(wěn)定。由于高溫下錫揮發(fā)較強(qiáng)，產(chǎn)生的粉塵對(duì)儀器有不利影響，實(shí)驗(yàn)選擇助熔劑質(zhì)量為0.50 g。

表1 錫助熔劑質(zhì)量實(shí)驗(yàn)

2.2 脫氣功率對(duì)空白值的影響

選擇從3 600 W至5 500 W遞增的脫氣功率，坩堝中加入0.50 g錫助熔劑，進(jìn)行空白值測(cè)定，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

圖1 脫氣功率對(duì)空白值的影響Figure 1 Effects of degassing power on blank value.

由圖1可以看出，當(dāng)脫氣功率為3 600～4 000 W時(shí)，空白值逐漸降低，4 100～5 500 W時(shí)，空白值穩(wěn)定。當(dāng)脫氣功率升高，錫助熔劑和石墨的揮發(fā)增加，對(duì)儀器會(huì)造成不利影響，因此，實(shí)驗(yàn)選擇脫氣功率為4 500 W。

2.3 鈦標(biāo)準(zhǔn)樣品適用性驗(yàn)證和分析功率的選擇

因鈦標(biāo)準(zhǔn)樣品與鈦試樣基體成分相近，實(shí)驗(yàn)選擇用均勻鈦試樣與鈮鈦合金試樣做釋放條件對(duì)比。分別稱(chēng)取0.10 g鈦和鈮鈦試樣，選擇脫氣時(shí)間為30 s，選擇從2 000 W至4 800 W遞增的分析功率，按實(shí)驗(yàn)方法檢測(cè)氫含量，所得統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同功率下氫測(cè)定結(jié)果Figure 2 Determination results of hydrogen under different powers.

由圖2可以看出，在相同分析功率下，鈮鈦合金與鈦試樣釋放情況相近，因此可選擇使用鈦標(biāo)準(zhǔn)樣品校準(zhǔn)。鈮鈦合金在分析功率為3 200～4 800 W時(shí)氫測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定。但當(dāng)分析功率升高時(shí)，石墨與錫助熔劑的揮發(fā)增加，會(huì)產(chǎn)生更多的微粒，易堵塞微粒過(guò)濾器，同時(shí)由于功率升高，高溫坩堝的溫度也會(huì)升高，會(huì)加速與之接觸的上、下電極的損耗，故實(shí)驗(yàn)選擇分析功率為3 500 W。

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)

對(duì)均勻鈮鈦試樣，使用LECO鈦標(biāo)準(zhǔn)樣品(22.8±3.8) μg/g校準(zhǔn)儀器，進(jìn)行精密度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2 精密度實(shí)驗(yàn)

由表2可以看出，對(duì)兩組鈮鈦試樣氫含量的分析，RSD分別為5.5%和2.5%，實(shí)驗(yàn)精密度良好。

2.5 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

選用鈦標(biāo)準(zhǔn)樣品LECO 502-024進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表3所示，由表3數(shù)據(jù)可以看出，加標(biāo)回收率在97.82%～104.5%，加標(biāo)回收率良好，本方法可準(zhǔn)確測(cè)定鈮鈦合金中氫含量。

表3 氫加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)選定了鈮鈦合金中氫含量測(cè)定的脫氣、分析功率，錫助熔劑的質(zhì)量，驗(yàn)證了鈦標(biāo)準(zhǔn)樣品可用于脈沖熱導(dǎo)法測(cè)定鈮鈦合金中氫含量的校準(zhǔn)。方法精密度良好，可準(zhǔn)確測(cè)定鈮鈦合金中氫含量。

[1] 石新層,周愷,楊軍紅.惰氣熔融-紅外熱導(dǎo)法同時(shí)測(cè)定鈮鈦合金中氧和氮[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2010,30(12):30-32．

[2] 劉忠杰,肖桐,覃慶澤．焊縫金屬中可擴(kuò)散氫含量的試驗(yàn)研究[J]．兵器材料科學(xué)與工程(OrdnanceMaterialScienceandEngineering),2003,2(5):44-45．

[3 ] 鐘華.脈沖加熱-紅外吸收光譜法測(cè)定釩鋁合金中氫[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2013,3(2):56-59.

[4] 楊倩倩,馬紅權(quán),郭飛飛,等.脈沖熔融-飛行時(shí)間質(zhì)譜法測(cè)定Nd-Fe-B材料中的氧、氮、氫[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2013,3(4):38-40.

[5] 宋忠訓(xùn)．脈沖加熱色譜法測(cè)定鋁鉬合金中氫[J]．冶金分析(MetallurgicalAnalysis),1995,15(3):52-53．

[6] 何雄杰．鈦及鈦合金中氧和氫的聯(lián)合測(cè)定[J].鈦工業(yè)進(jìn)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

趙飛，男，工程師，主要從事金屬材料成分檢測(cè)研究。E-mail：8246670@qq.com

O659.2

A

2095-1035(2017)02-0015-03

本文引用格式：趙飛,楊軍紅,翟通德,等. 惰氣脈沖熔融熱導(dǎo)法測(cè)定鈮鈦合金中氫含量[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué),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.