專利名稱：一種同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮的方法
技術領域：
本發明涉及一種同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮的方法，尤其涉及一種利用微波消解-電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮的方法，屬于冶金分析化學領域。
背景技術：
目前，國內外研究的某些硬質相堆焊材料往往在抗磨損、抗沖蝕和熱穩定方面表現突出，但在焊接過程中，堆焊金屬常出現裂紋甚至焊縫成塊剝落的現象。在堆焊金屬中按比例加入一定量W、Nb、B、Cr等多種元素后，能有效地改善晶間偏析，可以細化晶粒，提高堆焊金屬的抗裂性能。W、Nb、B作為鋼中合金元素，W可以增加鋼的回火穩定性、熱強性并提高鋼的抗張強度、抗腐蝕性能力。Nb在鋼中具有阻止晶粒長大，抑制形成奧氏體再結晶等作用，Nb可以改善鋼的焊接性能，提高鋼的耐腐蝕性。B可以提高鋼的機械強度和焊接性能，增加硬度和抗張力。在高碳高合金堆焊金屬材料中，W、Nb、B均以穩定的碳化物、硼化物·(WC、NbC、Fe2B)形式存在。WC因其具有優異的耐磨和耐熱性能而被視為最理想的耐磨堆焊材料。NbC十分穩定，硬度高，在耐磨堆焊金屬中具有廣闊的應用。Fe2B能有效地抵抗高硬度磨粒的切入而使耐磨性增加。金屬材料的硬度、耐磨損性能及相應的韌性，主要取決于各組成相的性能、含量和組配等特征上。為此，準確、快速分析高碳高合金堆焊金屬中W、Nb、B含量非常必要。通過對堆焊焊接材料中W、B、Nb的快速測定，可以有效控制原材料和焊接質量，避免出現焊接質量問題。鋼鐵及合金國家標準中鎢的測定采用重量法或硫氰酸鹽-鹽酸氯丙嗪-三氯甲烷萃取光度法；鈮的測定采用氯磺酚S分光光度法；硼的測定采用姜黃素直接光度法或中和滴定法；對于低含量硼(B < O. 1% )采用微波消解電感耦合等離子體質譜法分析。這些傳統方法每溶解一次樣品只能測一種元素，并且從溶樣到最終分析要加入多種化學試劑，經歷一系列化學反應過程，這勢必造成操作流程繁瑣的局面，而且每一步都有可能引入誤差，其結果是分析速度慢，分析周期長，工作量大，分析成本高，精度較差。正式公開的相關文獻中《用ICP-AES法同時測定GH4049中12種元素的含量》，采用鹽硝混酸加2克酒石酸溶解試樣測鎢，實際應用中，高含量鎢易水解難以控制；《高壓消解-電感耦合等離子體質譜法測定低合金鋼中硼鈦鋯鈮錫銻鉭鎢鉛》，采用硝酸加氫氟酸溶解試樣，質譜法檢測上限僅為O. 15% ;《ICP-AES測定低合金鋼中鎢的含量》，采用硫磷混酸溶解試樣，檢測鎢范圍< O. 05% ;《ICP-AES法測定高合金鋼中主合金元素含量》，采用鹽硝混酸及硫磷混酸發煙測定高含量鎢，引入硫離子難以同時檢測硼元素；《電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鋼中低含量釩和鈮》，采用鹽硝混酸滴加氫氟酸，檢測鈮范圍< O. 1% ；((ICP-AES法測定鋼樣中鎢和鈮元素的含量》，采用硫磷混酸發煙加6克酒石酸，檢測鎢鈮范圍< I %;《ICP-AES法同時測定低合金鋼中鋯和鈮》，采用硫磷混酸發煙加酒石酸，檢測鈮范圍< O. 5% ;《電感耦合等離子體發射光譜在鋼中痕量硼測定中應用》，只檢測痕量硼。以上分析方法涉及試樣基體簡單，檢測范圍窄，試劑用量大，或需要硫磷酸發煙或需要加入酒石酸，耗時且影響其它元素硼、磷的測定。本發明技術擬給定一種同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮的方法，主要解決目前分析各元素不能一次完成，操作流程長，測量范圍窄等問題，并將微波消解技術與電感耦合等離子體原子發射光譜儀相結合，減少了試劑的消耗亦減少了化學試劑對環境的污染，避免元素硼以氟化硼形式揮散掉，方法回收率高。通過確定合適的樣品預處理方法和儀器分析條件，實現高效、快速、準確的、同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮。
發明內容
本發明的目的旨在克服上述現有背景技術的缺陷，而提供一種同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮的方法。通過微波消解，利用電感耦合等離子體發射光譜儀同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮。測量結果準確、可靠。本發明的技術方案是這樣實現的 將高合金堆焊金屬樣品置于鹽酸、硝酸、氫氟酸混酸溶劑中，利用微波消解儀消解，制得鎢硼鈮同時溶解的待測試液，然后根據樣品的基體及共存元素的組成情況，選擇各元素的最佳次靈敏分析譜線，確定光譜干擾校正方法，以與樣品基體相近的基體匹配法配制一套濃度由低到高的標準溶液，在優化的儀器工作參數下，將標準溶液引入ICP-AES光譜儀中，根據待測元素的濃度、強度繪制工作曲線，然后將試樣溶液引入ICP-AES光譜儀測得待測元素的強度，根據工作曲線確定試樣溶液中鎢硼鈮元素的含量。具體方法如下I本發明采用的試樣溶解方法將O. I O. 2g試料置于聚四氟乙烯微波消解罐中,用去離子水沖洗杯壁后,先加3 6mL鹽酸與樣品中高含量鉻反應，待試樣反應20分鐘后，依次加入共計4 8mL硝酸、氫氟酸，混酸比例采用HCl HNO3 HF = 3 2 2(體積比)，混勻，使鎢硼鈮一次性全部溶解，避免了鎢鈮的水解，裝好防爆膜，蓋上杯蓋，再將高壓罐置于微波消解儀中，按設定好的微波消解程序進行消解，消解程序采用3 4步逐級升溫，升溫程序為10 11分鐘升溫至180 190°C，最高溫度180 190°C，保溫時間10 15分鐘，罐內壓力2. O 2. 5MPa，結合微波消解儀溶樣，避免了元素硼以氟化硼形式揮散掉，并可將樣品中高含量碳化物分解完全，省去了以往硫磷酸發煙的繁瑣步驟。2從微波消解儀中取出高壓罐，冷卻后開罐，將完全溶解的試液移入塑料瓶中，用去離子水稀釋至一定刻度，混勻；3根據實際樣品分析需要確定ICP-AES光譜儀最佳工作條件冷卻氣、輔助氣及載氣全部使用高純氬氣(體積分數99. 99%) ;RF功率為950 1350W;霧化壓力為O. 165
O.193MPa ;樣品溶液提升量I. 65 2. 10mL/min ;輔助氣流量O. 5 I. OL/min ;積分時間長波5 10s，短波20 30s。保證精密度滿足分析測試要求。4分析線的選擇所選擇的各元素分析譜線均為次靈敏譜線，從儀器提供的譜線圖表及光譜譜線表中，選擇幾條W、Nb、B次靈敏譜線，分別用5μ g/mLW、Nb、B單元素標液、5μ g/mLCr、Ti、M0、Fe混合標液對鎢鈮硼各元素分析譜線進行掃描，將不同溶液中各元素譜圖進行疊加、對照，記錄譜線信號和背景強度，從中選定干擾少、信背比高的次靈敏譜線作為分析線。本發明W :207. 911(161)nm、Nb :319. 498(105)nm、B :182. 641 (183)nm，可使鎢鈮硼的分析范圍有較大的沿展。5基體及共存元素干擾的消除采用在標準溶液系列中加入相應量的基體元素來消除基體效應及采用合適的左右背景扣除點消除共存元素帶來的背景干擾。通過 采用合適的干擾消除方法，進一步提高分析測試的準確度。在此種材料中，除鐵基體及待測元素W、Nb、B外，一般還含合金元素Cr、Mo、Ti、V，其中 Cr <20% (質量分數)，Mo、Ti、V < 2%(質量分數)，試樣基體比較復雜，通過對基體元素及共存元素的考查，結果顯示，基體元素Fe在W、Nb、B所選譜線積分窗口內均不產生波峰，但Fe基體元素使W、Nb、B譜線背景強度有所增高，大于10% (質量分數)的Cr可使W得信背比降低，考慮激發行為及背景影響等問題，采用在標準系列中加入相應量的基體元素來消除基體效應。試驗發現其它共存元素對所選W、Nb、B譜線不產生光譜干擾。利用儀器的高分辨率及采用合適的背景扣除點可消除共存元素帶來背景的干擾。6建立工作曲線稱取近似于試料量中鐵、鉻量的高純鐵粉、鉻粉(樣品中Cr >10%時)置于聚四氟乙烯消解罐中，按試樣消解方法操作，然后在其中分別加入不同體積的含有待測元素的標準溶液，形成不同濃度的標準系列溶液。利用該標準溶液系列建立鎢硼鈮工作曲線。各工作曲線相關系數均能達到O. 999以上，滿足鎢硼鈮分析測試需要。分別用鎢、硼、鈮單標準溶液根據基體及共存元素情況配制鎢硼鈮標準系列溶液。7在選定的儀器工作條件下，測定標準溶液中鎢硼鈮元素的譜線強度，以濃度為橫坐標，光譜強度為縱坐標，繪制工作曲線。再測待測樣品試液中鎢硼鈮元素的強度，計算機根據工作曲線自動確定樣品試液中鎢硼鈮元素的濃度本發明的優點及效果在于，I、根據所選溶劑并利用微波消解技術預處理樣品，使鎢硼鈮同時一次性消解完全，避免了鎢鈮的水解及硼元素的揮散。2、試劑用量少，大大減少了化學試劑對環境的污染。3、采用電感耦合等離子體原子發射光譜儀，通過儀器優化，譜線的選擇，干擾消除，達到同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮含量的目的。4、方法簡便、快速、準確，解決了其它方法分析周期長、檢測范圍窄的問題，有效地滿足了科研及生產的實際需要。
具體實施例方式下面結合具體的實例對本發明涉及的技術方案進一步描述。實施例以選定的堆焊金屬樣品為例，對發明涉及的技術方案進行詳細描述。I.本發明所用的儀器設備IRIS Advantage ER/S全譜直讀等離子體發射光譜儀；Speedwave MSW3+微波消解儀2.主要試劑鹽酸(優級純，P約I. 19g/mL);硝酸(優級純，P約I. 42g/mL);氫氟酸(優級純，P 約 I. 15g/mL)鎢、硼、鈮標準儲備溶液lmg/mL，均按國家標準方法配制。3.樣品處理稱取O. IOOOg試樣置于聚四氟乙烯微波消解罐中，用3mL左右去離子水沖洗杯壁后，先加入3mL鹽酸，待試樣反應后，依次加入2mL硝酸、2mL氫氟酸，混勻，裝好防爆膜，蓋上杯蓋。4.將高壓罐置于微波消解儀中，按實驗優化好的微波消解程序進行消解。如表I、2。表I微波消解程序(三步升溫)
權利要求
1.一種同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮的方法，其特征在于，先將高合金堆焊金屬樣品置于鹽酸、硝酸、氫氟酸混酸溶劑中，利用微波消解儀消解，制得鎢硼鈮同時溶解的待測試液，然后根據樣品的基體及共存元素的組成情況，選擇各元素的最佳分析譜線，確定光譜干擾校正方法，以與樣品基體相近的基體匹配法配制一套濃度由低到高的標準溶液，在優化的儀器工作參數下，將標準溶液引入ICP-AES光譜儀中，根據待測元素的濃度、強度繪制工作曲線，然后將試樣溶液引入ICP-AES光譜儀測得待測元素的強度，根據工作曲線確定試樣溶液中鎢硼鈮元素的含量。
2.根據權利要求I所述的一種同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮的方法，其特征在于，所述的鎢硼鈮試樣的消解及待測試液制備具體是按下列步驟進行將O. I O. 2g試料置于聚四氟乙烯微波消解罐中，用去離子水沖洗杯壁后，先加3 6mL鹽酸與樣品中高含量鉻反應，待試樣反應20分鐘后，依次加入共計4 SmL硝酸、氫氟酸，混酸比例采用HCl HNO3 HF = 3 2 2 (體積比)，混勻，使鎢硼鈮一次性全部溶解，裝好防爆膜，蓋上杯蓋，再將高壓罐置于微波消解儀中，消解程序采用3 4步逐級升溫，升溫程序為10 11分鐘升溫至180 190°C，最高溫度180 190°C，保溫時間10 15分鐘，罐內最高壓力2. O 2. 5MPa，微波消解儀中取出高壓罐，冷卻后開罐，將完全溶解的試液移入塑料瓶中，用去離子水稀釋至IOOmL,混勻。
3.根據權利要求I所述的一種同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮的方法，其特征在于，所述的ICP-AES光譜儀工作條件冷卻氣、輔助氣及載氣全部使用高純氬氣99. 99%(體積分數)；RF功率為950 1350W ;霧化壓力為O. 165 O. 193MPa ;樣品溶液提升量I.65 2. 10mL/min ;輔助氣流量O. 5 I. OL/min ;積分時間長波5 IOs,短波20 30s。
4.根據權利要求I所述的一種同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮的方法，其特征在于，所選擇的各元素分析譜線均為次靈敏譜線ff =207. 911 (161)nm, Nb :319. 498(105)nm、B 182. 641(183)nm。
5.根據權利要求I所述的一種同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮的方法，其特征在于，采用在標準溶液系列中加入相應量的基體元素來消除基體效應及采用合適的左右背景扣除點消除共存元素帶來的背景干擾。
6.根據權利要求I所述的一種同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮的方法，其特征在于，建立工作曲線稱取近似于試料量中鐵、鉻量的高純鐵粉、鉻粉，樣品中Cr質量分數大于10%時；置于聚四氟乙烯消解罐中，按試樣消解方法操作，然后在其中分別加入不同體積的含有待測元素的標準溶液，形成不同濃度的標準系列溶液。在選定的儀器工作條件下，測定標準溶液中鎢硼鈮元素的譜線強度，以濃度為橫坐標，光譜強度為縱坐標，建立鎢硼鈮工作曲線。
全文摘要
本發明公開一種同時測定高合金堆焊金屬中鎢硼鈮的方法，先將高合金堆焊金屬樣品置于鹽酸、硝酸、氫氟酸混酸溶劑中，利用微波消解儀消解，制得鎢硼鈮同時溶解的待測試液，然后根據樣品的基體及共存元素的組成情況，選擇各元素的最佳分析譜線，確定光譜干擾校正方法，以與樣品基體相近的基體匹配法配制一套濃度由低到高的標準溶液，在優化的儀器工作參數下，將標準溶液引入ICP-AES光譜儀中，根據待測元素的濃度、強度繪制工作曲線，然后將試樣溶液引入ICP-AES光譜儀測得待測元素的強度，根據工作曲線確定試樣溶液中鎢硼鈮元素的含量。本發明試劑用量少，減少化學試劑對環境的污染；有效地滿足了科研及生產的實際需要。
文檔編號G01N1/38GK102954958SQ20111024193
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者顧繼紅, 于媛君, 亢德華 申請人:鞍鋼股份有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
