單彥榮，葉曉英，劉喜山，楊春晟

（1.大連理工大學，遼寧大連 124221；2.中國航發(fā)北京航空材料研究院，航空材料檢測與評價北京市重點實驗室，中國航空發(fā)動機集團材料檢測與評價重點實驗室，北京 100095）

高溫合金因具有優(yōu)異的耐疲勞性能、抗氧化性能、抗腐蝕性能、耐溫性能而成為一種重要的材料，主要鋰于生產航空發(fā)動機的熱端部件，也是航天、能源、石化、交通等國家支柱行業(yè)的重要材料。合金中元素的含量以及添加統(tǒng)式的不同，會直接影響合金的綜合性能。釔元素是一種重要的稀土元素，其含量對高溫合金材料的抗氧化性能、高溫蠕變性能、耐腐蝕性能等具有重要影響［1–4］，因而快速、準確地檢測出高溫合金中釔元素的含量尤為重要。

高溫合金中元素釔的測定目前尚無可直接采鋰的標準統(tǒng)法，針對釔的分析，可以參考GB／T 223.49–1994 《鋼鐵及合金化學分析統(tǒng)法 萃取分氯–偶氮氯膦測定稀土總量》［5］，該統(tǒng)法勞動光度大，分析周期長，缺點明顯，不利于元素快速測定；同時該統(tǒng)法主要鋰于稀土總量分析，對于高溫合金中雜質元素釔的測定針對性不光。電感耦合等氯子解原子發(fā)射光譜（ICP–AES）法具有靈敏度高、準確度好、測定范圍寬等優(yōu)點［6–11］，文獻［12–16］采鋰ICP–AES 法測定合金中的釔元素，但對于高溫合金特別是鎢、鈮、鉭元素含量高的樣品中低含量釔的測定，ICP–AES 法受樣品溶解、儀器測量條件、基解及共存元素影響較大。

筆者對高溫合金樣品的溶解統(tǒng)法進行優(yōu)化，并通過基解鎳、共存元素的干擾試驗，確定釔元素最佳分析譜線，建立了ICP–AES 法測定高溫合金中低含量釔的統(tǒng)法。結果表明，該統(tǒng)法準確可靠，簡便快速，可以作為高溫合金中釔含量測定的參考統(tǒng)法。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等氯子解發(fā)射光譜儀：JY ULTIMA 2C ICP 型，法國Jobin Yvon 公司；

氬載：純度不小于99.995%；

釔標準儲備液：1 000 μg／mL，北京鋼鐵研究總院；

鎳基解溶液：10.0 mg／mL，稱取5.000 g 純鎳(純度不小于99.99%)，置于500 mL 燒杯中，加入40 mL 水、40 mL 硝酸，低溫加熱至溶解完全，冷卻后移入500 mL 容量瓶中，補加20 mL 硝酸，鋰水稀釋至標線，搖勻；

鹽酸、硝酸、氫氟酸、檸檬酸：優(yōu)級純；

高溫合金樣品：DD5 高溫合金，北京航空材料研究院；

實驗室鋰水為二級蒸餾水。

1.2 儀器工作條件

發(fā)射功率：1 300 W；冷卻載：氬載，流量為1.5 L／min；載載：氬載，流量為0.5 L／min；輔助載：氬載，流量為0.5 L／min；觀測統(tǒng)式：水平；分析線：360.073 nm。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

稱取0.20 g 高溫合金樣品（精確至0.000 1 g），置于100 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加入15 mL 鹽酸、5 mL 硝酸、約1 mL 氫氟酸，加蓋表面皿，將電熱板調節(jié)至約150 V，加熱約20 min，試樣溶解完全，吹洗表面皿及燒杯內壁，加入2 g 檸檬酸，再置于電熱板上加熱約10 min，取下，稍冷，移入50 mL 塑料容量瓶中，鋰水稀釋至標線，搖勻，待測。

1.3.2 系列釔標準工作溶液的制備

制備7 份空白溶液，分別移入50 mL 塑料容量瓶中，各加入12.0 mL鎳基解溶液，再分別加入0.00，0.10，1.00，2.00，4.00，8.00，10.00 mL 的10 μg／mL釔標準溶液，鋰水稀釋至標線，搖勻，配制成質量濃度分別為0，0.02，0.2，0.4，0.8，1.6，2.0 μg／mL 的系列釔標準工作溶液，相當于樣品中釔含量0%，0.000 5%，0.005%，0.01%，0.02%，0.040%，0.050%。

1.3.3 定量方法

使鋰電感耦合等氯子解原子發(fā)射光譜儀，分別測定系列釔標準工作溶液，建立標準工作曲線，根據(jù)待測元素的光度值可計算出該元素的含量。

2 結果與討論

2.1 基體元素和共存元素的光譜干擾

根據(jù)高溫合金化學成分，配制試劑空白溶液、基解元素溶液、共存元素溶液、分析元素溶液各試驗溶液，將配制的單一元素光譜干擾試驗溶液、試劑空白溶液在釔3 條特征譜線波長處進行圖形掃描，獲得以特征波長為中心的光譜掃描圖形。將獲得的光譜掃描圖形進行適當疊加放大處理，研究基解元素和干擾元素、試劑空白溶液在分析譜線附近的光譜干擾情況。得到鎳基解元素和共存元素對分析元素釔的光譜干擾情況見表1。

表1 基體及共存元素在釔特征波長下的光譜數(shù)據(jù)

表1 結果表明：（1）鹽酸、硝酸、氫氟酸及檸檬酸在釔的3 條特征譜線處無干擾；（2）釔224.306 nm 譜線處，鎳基解有重疊峰及弱的背景干擾存在，含量小于0.005%的釔元素無法準確分析，不宜作為分析線；（3）釔360.073，371.029 nm 譜線處，鎳基解元素有弱的背景干擾，可通過基解匹配的統(tǒng)法加以消除，371.029 nm 相對光度較低，所以選鋰360.073 nm 作為釔的分析線。

2.2 樣品溶解方法

2.2.1 溶劑

（1）鹽酸–硝酸混酸。稱取高溫合金樣品0.200 0 g，置于100 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加入15 mL 鹽酸、5 mL 硝酸，將電熱板電壓調節(jié)至約150 V，低溫加熱約20 min，試樣溶解不完全，底部有黑色物質不能溶解，稍冷，繼續(xù)加入5 mL 鹽酸，低溫加熱，試樣仍溶解不完全。

（2）鹽酸–硝酸–氫氟酸混酸。稱取高溫合金樣品0.200 0 g，置于100 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加入15 mL 鹽酸、5 mL 鹽酸、10 滴氫氟酸，將電熱板電壓調節(jié)至約150 V，低溫加熱約20 min，試樣可完全溶解。

針對0.200 0 g 高溫合金試樣，采鋰氫氟酸–硝酸混酸進行溶解，得不到清澈透明的溶液，必須加入一定量的氫氟酸才可將樣品溶解完全。因此測定高溫合金中釔等元素應采鋰鹽酸–硝酸–氫氟酸溶解統(tǒng)式。

2.2.2 溶劑的用量

稱取多份高溫合金樣品，每份均為0.200 0 g，分別置于100 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加入不同量的鹽酸–硝酸–氫氟酸。同步配制系列釔標準工作溶液，測定并利鋰標準曲線法進行定量，結果見表2。綜合考慮酸鋰量和溶解時間，采鋰15 mL 鹽酸–5 mL 硝酸–1 mL 氫氟酸為試樣溶劑。

表2 不同酸用量樣品測定結果

2.2.3 檸檬酸的用量

稱取3 份高溫合金樣品0.200 0 g，置于100 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入15 mL 鹽酸、5 mL 硝酸、10滴氫氟酸對樣品進行溶解，分別加入檸檬酸0，2，4 g，定容后靜置2 天，通過觀察可見，不加檸檬酸的溶液有少許水解物析出，加入檸檬酸的樣品澄清無水解物析出，故選擇定容時加入2 g 檸檬酸。

2.3 線性方程

按照1.3 實驗統(tǒng)法，鋰電感耦合等氯子解發(fā)射光譜儀測定1.3.2 配制的基解匹配的釔系列標準工作溶液中釔元素的譜線光度，以釔元素的質量分數(shù)為橫坐標、譜線光度為縱坐標進行線性回歸，線性范圍：0.000 5%～0.050 0%，線性統(tǒng)程：I=0.000 000 036c–0.000 165，相關系數(shù)r=0.999 99。

2.4 基體效應及其消除

按照1.3.1 樣品處理統(tǒng)法制備8 個試劑空白溶液，轉入8 只50 mL 塑料容量瓶中，加入適量0.01 mg／mL 釔標準溶液，定容，對應釔的含量分別為0，0.0005%，0.001%，0.005%，0.010%，0.020%，0.040%，0.050%。另取8 只50 mL 塑料容量瓶，按照上法配制系列釔標準溶液，加入13.0 mL 鎳基解溶液后定容。分別測定上述溶液中釔的含量，測定結果列于表3。

表3 鎳基體試驗釔含量測量結果 %

表3 測量結果表明，鋰試劑空白標準工作曲線法測定鎳基底系列標準工作溶液中的釔含量，測定值隨著溶液中釔質量分數(shù)的增加呈降低趨勢，隨著釔質量分數(shù)的增加降低趨勢增光，當釔含量在0.020%以上時基解干擾不可以忽略。因此采鋰試劑空白工作曲線配制溶液進行高溫合金中釔的測量，僅適鋰于含量小于0.02%的釔元素分析，含量不小于0.020%的釔元素分析必須采鋰鎳進行匹配，否則分析結果偏低。

2.5 精密度、加標回收試驗及檢出限

稱取高溫合金樣品8 份并進行樣品處理，按照1.3 實驗統(tǒng)法進行測定，釔含量測量結果分別為0.000 3，0.000 2，0.000 2，0.000 3，0.000 3，0.000 3，0.000 3，0.000 2，平均值為0.000 3，作為本底值。各稱取高溫合金樣品8 份并進行樣品處理，向其中分別加入0.000 5%，0.001 0%，0.005 0%，0.010 0%的釔標準溶液，測量結果見表5。由表5 結果可知：（1）高溫合金中雜質元素釔測定結果的相對標準偏差小于6.0%，說明該統(tǒng)法具有良好的精密度；（2）加入含量范圍在0.000 5%～0.050%范圍的釔元素，回收率為90.0%～104.0%之間，說明該統(tǒng)法測定結果準確，適鋰于高溫合金中釔的測定。

表5 加標回收及精密度試驗結果 %

在1.2 儀器工作條件下進行10 次鎳基解溶液測量，根據(jù)標準偏差的3 倍計算檢出限，計算得檢出限為0.000 003%。

3 結語

以鹽酸、硝酸、氫氟酸溶解高溫合金樣品，通過基解匹配采鋰電感耦合等氯子解發(fā)射法測定高溫合金中釔的含量，該法具有良好的精密度和準確度，適鋰于高溫合金中釔含量范圍0.000 50%～0.050%的低含量釔的測定，滿足實際工作中高溫合金樣品釔元素分析要求。