楊維維，盧思瑜，李劍

（寶鈦集團有限公司，陜西 寶雞 721014）

X-750 鎳基高溫合金具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能、較高的強度和較好的耐松弛性能，同時還具有良好的成形性能和焊接性能。該合金主要用于制造航空發(fā)動機的片面彈簧和螺旋彈簧，還可用于制造汽輪機渦輪葉片等零件。因合金中碳和硫含量直接影響最終金屬材料的產品性能，所以，建立X-750 鎳合金中碳和硫含量的測定方法具有重要意義。

金屬中碳和硫的測定方法主要有滴定法、質譜法、重量法、紅外法等[1-5]。高頻燃燒-紅外吸收法測定金屬中碳和硫具有操作簡單、靈敏度高的特點，已廣泛應用于金屬材料中碳和硫含量的測定[6-8]。

本文研究了高頻燃燒-紅外吸收法測定X-750鎳合金中碳和硫的分析條件。通過對助熔劑種類、稱樣量、燃燒功率、最短分析時間、標準曲線的繪制與檢出限、方法的精密度等試驗，建立了相應的分析方法。方法已用于實際生產檢驗，效果良好。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

CS600 碳硫分析儀，美國LECO 公司；CP124S 電子天平，靈敏度0.1 mg，德國賽多利斯公司。

鋼標樣501-502，美國LECO 公司，1345：ω（C）%=0.071±0.003，ω（S）%=0.0167±0.0012；鋼標樣501-502，美國LECO 公司，R1189-1：ω（C）%=0.059±0.002，ω（S）%=0.0115±0.0011；鋼鐵標樣GBW01401a，鋼鐵研究總院: ω（C）%=0.0012±0.0004，ω（S）%=0.0015±0.0005；鎢助熔劑，美國LECO 公司，763-266；鎢錫助熔劑，美國LECO 公司，501-008；鐵屑助熔劑，美國LECO公司，501-077；高純氧氣，純度99.99%，20 Psi；氮氣：0.28 MPa，40 Psi。

1.2 實驗方法

試料加入助熔劑，置于瓷坩堝中，在氧氣氣流中燃燒，將碳轉化為一氧化碳和/或二氧化碳，將硫轉化為二氧化硫，在特定的紅外池中檢測，用已知含量的標準樣品進行校準，由計算機給出含量[9]。

2 結果與討論

2.1 助熔劑類型選擇

對于X-750 鎳合金材料，需要加入一定量的助熔劑降低熔點，使試樣中的碳和硫完全釋放出來。常用的氣體分析助熔劑有鎢錫、純鎢、純鐵等，鎢錫助熔劑可以使碳和硫更容易從待測樣品中釋放，獲得良好的助熔效果?？紤]到要盡量減少空白值，最好選用單一種類的助熔劑。從表1 中得出，本實驗選擇鎢錫作為助熔劑。

表1 助熔劑的選擇

2.2 熔質比的確定

對于X-750 鎳合金，助熔劑用量過大，增加檢測成本；助熔劑用量過小，樣品無法完全熔融，對檢測結果影響較大。稱取0.5 g鋼標樣501-502（1345），分別加入不同用量的鎢錫助熔劑，選擇燃燒功率為100%，碳積分時間為40 s，硫積分時間為60 s，在碳、硫曲線初始方程為y=+1.0下進行試驗。由表2可知，當鎢錫量約2.0 g，試樣中碳測定結果穩(wěn)定，試樣熔融物平展，能夠滿足分析要求，故實驗選擇助熔劑用量為2.0 g，熔質比為4.0，即助熔劑與樣品質量之比為4.0。

表2 熔質比試驗

2.3 稱樣量的確定

對于X-750鎳合金，稱樣量過大，熔融性不好，氣體釋放不完全，產生飛濺和爬壁現(xiàn)象，還有可能超出檢測范圍；稱樣量過小，稱樣量誤差大，受到儀器波動和空白的影響就大，檢測時峰值過小。經試驗，稱樣量從0.1～1.0 g，以0.1 g遞增最為適宜。由試驗結果可知，當樣品稱樣量為0.5～0.7 g時，試樣中碳和硫測定結果穩(wěn)定，試樣熔融物平展，能夠滿足分析要求。在本方法中，選擇稱樣量約為0.5 g。

2.4 燃燒功率

分別選擇燃燒功率為70%～100%試驗。表3 為不同功率下試樣所得的檢測值。由表3 可知，對于X-750 鎳合金中氫分析功率選擇95%，碳和硫測定值穩(wěn)定，功率過低影響碳和硫的釋放，試樣熔融物平展，能夠滿足分析要求。本實驗分析功率設定為95%。

表3 燃燒功率

2.5 最短分析時間

如圖1所示，積分開始2 s后，逐漸形成碳的釋放曲線，到36 s 時釋放曲線降至水平位置，分析到40 s 后結束，因此我們選擇碳積分時間為40 s，能夠滿足分析要求。如圖2 所示，積分開始15 s 后，逐漸形成硫的釋放曲線，到50 s時釋放曲線逐漸降至水平位置，分析到60 s 后結束，因此我們選擇硫積分時間為60 s，能夠滿足分析要求。

圖1 碳的釋放曲線

圖2 硫的釋放曲線

2.6 工作曲線和測定下限

在上述確定的試驗條件下，使用鋼標樣501-502（1345），GBW01401a 建立校準曲線，得到碳和硫校準曲線的回歸方程為y=+1.09901x+0.0000136412和y = + 1.0912x + 0.00524323，y = + 1.29875x +0.000157327，線性相關系數(shù)0.999。連續(xù)對空白進行11 次獨立測定，碳空白平均值為1.7×10-6，標準偏差為0.00005%，以11 次空白值標準偏差的10 倍計算測定下限，該方法碳的測定下限為0.0005%；硫空白平均值為0.85×10-6，標準偏差為0.00005%，以11 次空白值標準偏差的10 倍計算測定下限，該方法硫的測定下限為0.0005%。

2.7 工作曲線符合性驗證

對標準樣品501-502（R1189-1）分別進行5 次測定，結果見表4。

表4 標準樣品測定結果（n=5）

結果表明，標準樣品5次測定結果均在標準值允許范圍之內，說明工作曲線正確，檢測結果準確可靠。

2.8 精密度試驗

按照實驗方法對2 個X-750 鎳合金樣品分別進行了11次測定，結果見表5。

從表5 可看出，樣品測定結果的相對標準偏差（n=11）均不大于8%，說明檢測結果精密度良好。

表5 精密度實驗（n=11）

3 結束語

本文對高頻燃燒-紅外吸收法測定Inconel X-750鎳合金中碳和硫的分析方法進行了研究試驗，確定了最佳的分析條件：稱取0.5 g樣品于瓷坩堝中，加入2.0 g鎢錫助熔劑，將樣品投入碳硫分析儀進行測定，燃燒功率為95%，分析時間為碳40 s，硫60 s。該方法精密度和準確度良好，操作快速、簡便，已用于實際生產檢驗，效果良好。