趙 綏，鄭文倩*，竇玉成

(1.昆明鋼鐵公司制造管理部，云南 昆明 650302；2.安寧市工科信局，云南 昆明 650302)

硅氮合金是通過硅和微量的合金元素結(jié)合后氮化制備的一種新型合金。在鋼鐵的冶煉過程中，當(dāng)稀有金屬無法滿足冶煉需求時(shí)，硅氮合金的生產(chǎn)和應(yīng)用具有提高鋼材強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本和節(jié)約資源的作用，并取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。

高頻燃燒紅外吸收技術(shù)被廣泛應(yīng)用于合金、鋼樣和礦物等的碳元素和硫元素的含量的分析中。本實(shí)驗(yàn)中，將這一方法應(yīng)用于硅氮合金中硫含量的測(cè)定，同時(shí)研究了稱樣量和助熔劑種類、用量，以及其疊放順序?qū)α蚝糠治鼋Y(jié)果的影響。該方法不僅分析速度快，而且具有較高的準(zhǔn)確度和較好的重復(fù)性。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果為硅氮合金樣品中硫含量的測(cè)定提供了方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

1)純鐵助熔劑：純度w>99.8%，粒度<1.25 mm，w(C)<0.0005%，w(S)<0.0005%；

2)純鎢助熔劑：w≥99.95%,20目≤粒徑<40目，w(C)≤0.0008%，w(S)≤0.0005%；

3)碳硫?qū)Ｓ脴?biāo)準(zhǔn)樣品：YSB C 11114—94。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及工作條件

碳硫分析專用高純坩堝：PT型Φ25 mm×25 mm；

鋼研納克高頻紅外碳硫分析儀(CS-3000)；LE84E型電子分析天平。

儀器的工作條件：分析流量 3 L/min，氧氣壓力 0.3 MPa，氮?dú)鈮毫?0.3 MPa，分析時(shí)間 1 min。

室內(nèi)相對(duì)濕度不大于60%。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

稱取一定質(zhì)量的試樣，精確到 0.0001 g，放入碳硫?qū)Ｓ么邵釄逯?，再加入適量助熔劑，得到混合試料。將混合試料放入高頻紅外碳硫分析儀中，按高頻紅外碳硫分析儀選定的工作條件，在新建的硅氮合金通道中進(jìn)行混合試料硫含量測(cè)量。儀器自動(dòng)計(jì)算得到測(cè)量值，并重復(fù)多次測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 稱樣量的選擇

硅氮合金中硅含量較高，結(jié)構(gòu)緊密，不容易分解。為了使試樣能夠充分燃燒，稱樣量不易過多。本實(shí)驗(yàn)分別對(duì)10、20、30、40、50 mg 的稱樣量進(jìn)行硫含量測(cè)定，結(jié)果見表1。

由表1可知，當(dāng)稱樣量增加時(shí)，分析結(jié)果降低，表明稱樣量過多，導(dǎo)致燃燒不充分。當(dāng)稱樣量為 20 mg 時(shí)，測(cè)定結(jié)果較高，試樣可以得到充分的燃燒；稱樣量在 10 mg 時(shí)，RSD為5.16%，重復(fù)性較差，可能是因?yàn)樵嚇硬痪鶆颍炱降姆Q量誤差或儀器的重復(fù)性誤差等造成的。由于硅氮合金沒有標(biāo)準(zhǔn)樣品，曲線的校準(zhǔn)只能采用碳硫標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校正，得出的數(shù)據(jù)和樣品標(biāo)準(zhǔn)值相近，在允許差范圍內(nèi)，本次測(cè)定樣品值為0.052%

表1 稱樣量對(duì)分析結(jié)果的影響 (n=3)

2.2 助熔劑的種類和疊放順序

由于硅氮合金樣品導(dǎo)磁性差，因此需要添加多元助熔劑。本試驗(yàn)采用鎢-鐵助熔體系。其中，純鐵的作用是提供導(dǎo)磁性能，純鎢則是用于提高熔融溫度[3-5]。另外，試樣與多元助熔劑的疊放順序，也能夠影響試驗(yàn)效果。本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樣品置于上層時(shí)，石英管的污染較為嚴(yán)重，因此采用了以下疊放次序：硅氮合金樣品置于坩堝最底部，純鐵置于中間，純鎢置于上層。因?yàn)檫@種疊放次序，不僅可以保證樣品能夠充分燃燒，還可以避免污染石英管，以及防止熔融物的飛濺。

2.3 助熔劑配比的選擇

選擇試樣稱樣量為 20 mg，對(duì)純鐵和純鎢的用量分別進(jìn)行選擇，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 助熔劑用量及配比對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響 (n=3)

由表2看出，方案3和4的結(jié)果較為理想，但考慮到節(jié)約成本，選擇方案3作為最佳分析條件，因此選擇添加 0.50 g 的純鐵，然后再加入 2.50 g 純鎢。

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)

選擇試樣稱樣量為 20 mg,平行測(cè)定11組試樣，考查方法的精密度，結(jié)果見表3。

表3 精密度試驗(yàn) (n=11)

由表3可看出，采用高頻紅外吸收光譜法來對(duì)硅氮合金中的碳含量進(jìn)行測(cè)定時(shí)，精密度較好。

2.5 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

稱取不同質(zhì)量的碳硫?qū)Ｓ脴?biāo)準(zhǔn)樣品(YSB C 11257—2015，w(S)標(biāo)準(zhǔn)值0.0023%)，添加到試樣中，分別配制3組，測(cè)定其回收率，分析結(jié)果見表4。

表4 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

由表4可看出，加標(biāo)回收率在100.88%～102.56%，能夠滿足硅氮合金中碳含量的準(zhǔn)確測(cè)定。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)利用高頻紅外吸收光譜法對(duì)硅氮合金中硫含量進(jìn)行測(cè)定，通過實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化得得出，稱樣量 0.0200 g，純鐵 0.50 g，純鎢 2.50 g 時(shí)，測(cè)定效果最好。這一方法分析速度較快，具有精密度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足日常分析的需要，同時(shí)也解決了硅氮合金樣品中硫含量的測(cè)定問題。