(西安漢唐分析檢測有限公司 ，寶雞 721014)

銅鉻合金是指以銅為基體, 加入鉻和其它少量合金元素形成的一系列合金。因其熱處理后具有較高的強(qiáng)度和硬度, 良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性及抗腐蝕性,主要用于制備電阻焊電極觸頭材料集成電路引線框架、 電車及電力火車架空導(dǎo)線、電動(dòng)工具的轉(zhuǎn)向器大型高速渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子導(dǎo)線電工插頭、開關(guān)、 電動(dòng)機(jī)集電環(huán)等要求有高電導(dǎo)率高強(qiáng)度的產(chǎn)品[1-6]。銅鉻合金也用于與導(dǎo)電性無直接關(guān)系的熱交換環(huán)境中。例如, 連鑄機(jī)結(jié)晶器內(nèi)襯, 還可作為耐磨材料在軸承、夾鉗、螺栓等中使用[7]。銅鉻合金應(yīng)用于觸頭材料，作為電器開關(guān)、儀器儀表等的接觸元件時(shí)，其性能好壞直接影響開關(guān)電器的可靠運(yùn)行[8]。其中氣體成分(主要是氧和氮)的含量是一項(xiàng)很重要的性能指標(biāo)，當(dāng)氧和氮含量過高時(shí)，它們在高溫下從材料中釋放出來，大大降低真空滅弧室中的真空度[9]。因此,準(zhǔn)確測定銅鉻合金中氧、氮量具有重要意義。國家標(biāo)準(zhǔn)[10]要求銅鉻電觸頭材料氧含量小于0.050%，氮含量小于0.0050%或0.0040%。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

鈦標(biāo)準(zhǔn)樣品(501-047ω，(O)=0.047%ω，(N)=0.008% LECO)；

鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品(501-646ω，(O)=0.022%ω，(N)=0.0042% LECO)；

銅標(biāo)準(zhǔn)樣品(501-147ω，(O)=0.0234% LECO)

混合酸：28mL磷酸 (ρ1.69g/mL)，10%mL硝酸(ρ1.42g/mL)，62mL冰乙酸(ρ1.05 g/mL)；鹽酸(分析純)，無水乙醇(分析純)，去離子水。

高純鎳籃(1.0 g)；光譜純石墨套坩堝。

ON736氧氮測定儀(LECO)。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

將試樣放入鎳籃中,加入已脫氣的石墨坩堝中，在氦氣保護(hù)下加熱熔融試樣。氧在高溫下被石墨還原出來生成CO，利用灼熱的 CuO 試劑將其氧化成 CO2，進(jìn)入紅外吸收池中檢測。氮以N2形式釋放出來，隨同氦氣進(jìn)入熱導(dǎo)池中檢測。

1.3 試驗(yàn)方法

試樣預(yù)處理：將銅鉻合金試樣剪成質(zhì)量在0.06～ 0.14 g的小塊[11]，用四氯化碳洗凈冷風(fēng)吹干待用。

儀器參數(shù)設(shè)置：脫氣時(shí)間20s，分析延遲25s，氧分析時(shí)間為30s、氮分析時(shí)間為34s，積分延遲10s。

將儀器預(yù)熱至各參數(shù)穩(wěn)定后，通氣20分鐘進(jìn)行分析。測定儀器空白，選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)樣品分析3次，校準(zhǔn)儀器。將試樣稱重后裝入鎳籃中進(jìn)行測定。

2 結(jié)果和討論

2.1 標(biāo)樣及助熔劑選擇

銅鉻合金標(biāo)樣未見報(bào)道，選擇3種標(biāo)準(zhǔn)樣品，分別為鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品(501-646ω，(O)=0.022%ω，(N)=0.0042% LECO)；銅標(biāo)準(zhǔn)樣品(501-147ω，(O)=0.0234% LECO)；鈦標(biāo)準(zhǔn)樣品(501-047ω，(O)=0.047%ω，(N)=0.008% LECO)，在優(yōu)化條件下對儀器進(jìn)行了校準(zhǔn)，然后對同一銅鉻合金樣品進(jìn)行測試(表1)。

表1 采用不同標(biāo)樣校準(zhǔn)氧氮分析值

選擇的3種標(biāo)樣校準(zhǔn)儀器時(shí)，對樣品中氧含量的分析結(jié)果影響不明顯。選擇鋼標(biāo)樣校準(zhǔn)儀器時(shí)，由于未采用鎳籃作助熔劑，熔融時(shí)樣品中的氮不能完全釋放，導(dǎo)致氮含量分析結(jié)果明顯偏低。周海收等[12]比較了不同助熔劑的效果，試驗(yàn)證明采用高純鎳籃作助熔劑能得到最穩(wěn)定的測試結(jié)果，本實(shí)驗(yàn)亦將鎳籃確定為最佳助熔劑。

2.2 分析功率

分析中固定脫氣功率5800W，分析功率4400～5200W，考察不同分析功率下標(biāo)樣和樣品的測定結(jié)果，見表2。

表2 不同分析功率下標(biāo)樣和樣品測定結(jié)果

由于標(biāo)樣和樣品性質(zhì)存在差異，設(shè)置的分析功率需保證標(biāo)樣和樣品都釋放完全。由表可見，分析功率設(shè)定在4400～5200W之間，標(biāo)樣及樣品氮含量的測定值都隨著分析功率的降低而下降。分析功率在4400～4800 W之間，標(biāo)樣和樣品的氧含量測定值隨著分析功率的升高而升高，分析功率繼續(xù),標(biāo)樣和樣品的氧含量分析結(jié)果變化不大，氮含量分析結(jié)果略有升高?？紤]到分析功率太大時(shí)樣品揮發(fā)量較大，造成的儀器損耗和能耗都大，采取分析功率4800W最為適宜。

2.2 表面處理對結(jié)果的影響

國標(biāo)對無氧銅的表面處理作了規(guī)定，裸露在空氣中的銅鉻合金亦易氧化，氧化的銅鉻合金失去光澤，對氧的測定影響較大[13]。表面處理一般分為機(jī)械法和化學(xué)法，對于不規(guī)則的小塊試樣，化學(xué)法更為方便。故直接采用化學(xué)法處理。實(shí)驗(yàn)研究了表面處理對銅鉻合金的影響，比較了使用不同方法處理后氧氮含量的變化。方法1：樣品僅四氯化碳清洗；方法2：采用混合酸處理；方法3：1∶1鹽酸腐蝕1分鐘，去離子水沖洗，乙醇浸泡冷風(fēng)吹干。表3比較了1#(CuCr50)、2#(CuCr25)兩種樣品不同方法處理結(jié)果。

表3 表面處理對結(jié)果的影響

由表3可見，樣品表面經(jīng)不同化學(xué)法處理后氧含量都有所下降，2#樣品氮含量反而升高。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，2#樣品由于含銅高，采用方法2處理后，合金表面銅大量溶解而鉻未溶解，合金表面失去原有光澤，形成較多微孔，硝酸根離子浸入不易洗凈，造成氮含量升高。有文獻(xiàn)[14]表明，氧在銅鉻合金中存在偏析，在強(qiáng)酸中，表面銅的大量溶解也造成氧含量的下降。采用國標(biāo)[15]對不同處理的銅鉻合金進(jìn)行鉻含量測定，測定結(jié)果見表4。

表4 不同方法處理后樣品鉻含量

結(jié)果表明，采用方法3處理后兩種樣品中鉻含量未明顯變化，表明銅含量未顯著變化，采用方法2處理后，2#樣品鉻含量明顯升高，說明試樣表面銅大量溶解，綜合考慮，采用方法3處理樣品更合適。

2.3 精密度

綜合以上實(shí)驗(yàn)條件，對1#、2#樣品進(jìn)行精密度試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

2.4 回收率試驗(yàn)

稱取0.06g 1#、2#樣品，按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定，分別向其中加入約0.03g鈦標(biāo)樣進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果表明，氧的回收率為94% ～105%，氮的回收率為93%～103%，結(jié)果見表6。

表5 精密度實(shí)驗(yàn)

表6 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)

2.5 空白實(shí)驗(yàn)

按照實(shí)驗(yàn)方法連續(xù)進(jìn)行11次空白試驗(yàn)，氧的空白平均值為0.00042%，空白標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.00020%；氮的空白平均值0.00009%，空白標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.00012%，以10倍空白標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算，得到氧和氮的測定下限分別為0.0020%和0.0012%。

3 結(jié)論

以鈦合金標(biāo)樣校正儀器，采取分析功率4800W測銅鉻中的氧、氮 含量,氧和氮的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于6%，氧的加標(biāo)回收率為94% ～105%，氮的加標(biāo)回收率為93%～103%。該方法精密度和加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果良好，可準(zhǔn)確測定銅鉻合金中氧、氮含量。