专利名称：一种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中锆含量的方法
技术领域：
本发明是属于合金元素分析技术，涉及一种微波消解溶样法测定含钽钴基合金中锆含量的方法。
背景技术：
含钽钴基高温合金K6509是Co-Cr-Ni基沉淀硬化型等轴晶铸造高温合金，使用温度在1000°C以下。合金中Cr含量约占23%，同时添加钽、钨、钛等形成碳化物的元素，所以合金具有优异的抗氧化和耐腐蚀性能、以及较高的高温强度，合金的900°C持久强度比同类X40合金高出40MPa 50MPa，承温能力提高40°C 50°C，主要产品为导向叶片，合金已用 于制作在1000°C以下工作的燃气涡轮发动机导向叶片等热端部件，推荐应用于高推比航空发动机、先进舰载航空发动机，以及服役条件恶劣的发动机。调整合金化学成分是改进合金性能的重要手段，杂质元素锆的含量可提高铸造高温合金室温拉伸和中温持久的强度和塑性，随着含钽钴基高温合金的广泛应用，元素锆化学成分的准确测定显得越来越迫切。高温合金中的锆测定方法有《偶氮砷III直接吸光光度法测定锆含量》测定锆元素含量，但是操作时间长，步骤繁琐。ICP分析具有准确、快速、多元素同时分析的特点，广泛应用在地质、冶金、机械制造、环境保护、生物医学、食品等领域，具有良好的检出限和分析精密度，基体干扰小，线性动态范围宽，分析工作者可以用基准物质配制成一系列的标准，以及试样处理简便(比化学分析)等优点。微波消解技术是近年来发展的一种使用高温、高压密闭容器的方法针对难溶金属的一种高效溶样技术。但是目前国内现在尚没有针对含钽钴基高温合金的分析方法，普通钴基高温合金采用盐酸、硝酸溶解，过程中使用硫磷酸冒烟的溶样方法，就可以溶解，而含钽钴基高温合金则由于高钽的存在，难以溶解，而且锆元素在溶解时体系中如果有磷酸存在会很容易形成沉淀物，由于高钽的存在引起光谱干扰较大，因此有必要对含钽钴基合金的溶样和光谱干扰等问题进彳丁研究。闻颂等在2009年申请专利《一种测定CoCrMo钻基合金中招、钦、猛、镍、钨、铁含量的方法》，虽然解决了普通钴基合金的溶样及测定问题，但是此方法对于加入高熔点元素钽后的钴基合金的溶解及测量不适用。因此，建立含钽钴基高温合金中锆元素分析方法，可以补充光谱分析方法的空白，缩短分析时间，提高分析的准确度，为科研生产服务，同时将促进与同行单位的交流，具有广泛的推广和应用价值。

发明内容
本发明正是针对上述现有技术的状况而设计提供了一种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中锆含量的方法，其目的是提出一种溶样速度快、分析精度高、操作简便、效率高的测定含钽钴基合金中锆含量的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的该种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中锆含量的方法，其特征在于⑴该方法在测定过程中使用的试剂有I. I 盐酸，P I. 19g/mL，优级纯或 MOS 级；1.2 硝酸，P I. 42g/mL ；，优级纯或 MOS 级I. 3 氢氟酸，P I. 15g/mL，优级纯；I. 4 硫酸，P I. 84g/mL,优级纯；I. 5锆标准溶液，O. 10mg/mL，制备方法是称取O. 1351g 二氧化锆，置于钼坩埚中， 加入上述步骤I. 3中的氢氟酸IOmL和上述步骤I. 2中的硝酸6mL，低温加热溶解后，加入上述步骤I. 4中的硫酸IOmL,加热蒸发至冒硫酸烟，加入水将溶液仔细混匀，冷却后将溶液移入IOOOmL容量瓶中，加入上述步骤I. I中的盐酸IOOmL,用水稀释至刻度，混匀；I. 6钴标准溶液，10. Omg/mL。制备方法是称取5. OOOg金属钴，金属钴的质量分数不小于99. 98%，置于150mL烧杯中，加入上述步骤I. I中的盐酸后低温加热溶解，冷却，移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀；I. 7钇内标溶液，O. 2mg/mL，称取O. 127g氧化钇，置于150mL烧杯中，加入上述步骤I. I中的盐酸20mL，低温加热溶解后，冷却，移入500mL容量瓶中，补加上述步骤I. I中的盐酸15mL，用水稀释至刻度，混匀；⑵该方法测定过程的步骤是2. I取样和制样试样按照HB/Z205的要求进行取样和制样，称取O. IOg试样，精确到O. OOOlg ；2. 2制备试样溶液将试料置于40mL微波消解罐中，加入5mL水、上述步骤I. I中的盐酸3mL、上述步骤I. 2中的硝酸lmL、上述步骤I. 3中的氢氟酸lmL，常温下将酸反应后的气体排出，用微波消解装置对试料进行消解，冷却后，取出微波消解罐放气，将试液移入IOOmL塑料容量瓶中,加入上述步骤I. 3中的钇内标溶液2. OOmL，用水稀释至刻度，混匀；微波消解装置的工作参数为RF功率1600W ;升温时间25min ;压力800psi ;保持温度2000C ;保温时间20min ；2. 3制备工作曲线溶液在5 8个IOOmL烧杯中，不加试样，按步骤2. 2同步处理空白溶液，移入数个相应IOOmL容量瓶中，在各容量瓶中加入上述步骤I. 7中的钇内标溶液2mL和上述步骤I. 6中钴标准溶液6. OOmL，再根据预先得知的试样中锆的含量范围，在各容量瓶中加入不同体积数的、上述步骤I. 5中的锆标准溶液，使各容量瓶中的锆的含量为得知的试样中锆含量的0% 200%，然后用水稀释至刻度，混匀，作为工作曲线溶液；2. 4绘制工作曲线采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪在谱线锆339. 198nm和钇371. 029nm依次测量工作曲线溶液中锆和钇的强度，以锆和钇的强度比值为纵坐标，以锆的质量浓度作为横坐标，绘制工作曲线；2. 5测量试样溶液中元素锆的质量浓度采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪在谱线锆339. 198nm和钇371. 029nm测量试样溶液中锆和钇的强度，用锆和钇的强度比值在相应的工作曲线上查出相应元素锆的质量浓度；2. 7计算测量结果，得到锆的含量；按下式计算试样中元素锆的质量百分数W，数值以％表示Ρχ^χ10\1 0⑴
m式中P——试样溶液中元素锆的质量浓度，单位μ g/mL ； V——试样溶液体积,单位mL ；m——试料质量，单位g ；上述方法中所述低温加热是指加热范围在50 200°C。电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数如下高频频率40. 68MHz ;入射狭缝20 μ m ;出射狭缝80 μ m ;15 μ m ;入射功率1. OKw ;反射功率< 15W ;样品提升量I. 2L/min ;冷却气流量15L/min ;积分时间:2s ;护套气流量0. 2L/min。本发明的优点是一、使用微波消解技术大大加快了溶样速度，溶样时间从两三天左右缩短为一个小时；二、克服了钴基体及其他元素的等多种光谱的干扰，提高了测量的准确度；三、测量快速，操作简便，节约了大量的人力和物力。
具体实施方式
实施例测定钽钴基高温合金K6509中锆的含量，其特征在于该测定方法的步骤为⑴该方法在测定过程中使用的试剂有I. I 盐酸，P I. 19g/mL,优级纯或 MOS 级；I. 2 硝酸，P I. 42g/mL ；，优级纯或 MOS 级I. 3 氢氟酸，P I. 15g/mL，优级纯；I. 4 硫酸，P I. 84g/mL,优级纯；I. 5锆标准溶液，O. I Omg/mL,制备方法是称取O. 1351g 二氧化锆，置于钼坩埚中，加入上述步骤I. 3中的氢氟酸IOmL和上述步骤I. 2中的硝酸6mL，低温加热溶解后，加入上述步骤I. 4中的硫酸10mL，加热蒸发至冒硫酸烟，加入水将溶液仔细混匀，冷却后将溶液移入IOOOmL容量瓶中，加入上述步骤I. I中的盐酸IOOmL,用水稀释至刻度，混匀；I. 6钴标准溶液，10. Omg/mL。制备方法是称取5. OOOg金属钴，金属钴的质量分数不小于99. 98%，置于150mL烧杯中，加入上述步骤I. I中的盐酸后低温加热溶解，冷却，移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀；I. 7钇内标溶液，O. 2mg/mL，称取O. 127g氧化钇，置于150mL烧杯中，加入上述步骤I. I中的盐酸20mL，低温加热溶解后，冷却，移入500mL容量瓶中，补加上述步骤I. I中的盐酸15mL，用水稀释至刻度，混匀；⑵该方法测定过程的步骤是
2. I取样和制样试样按照HB/Z205的要求进行取样和制样，称取O. IOg试样，精确到O. OOOlg ；2. 2制备试样溶液将试料置于40mL微波消解罐中，加入5mL水、上述步骤I. I中的盐酸3mL、上述步骤I. 2中的硝酸lmL、上述步骤I. 3中的氢氟酸lmL，常温下将酸反应后的气体排出，用微波消解装置对试料进行消解，冷却后，取出微波消解罐放气，将试液移入IOOmL塑料容量瓶中,加入上述步骤I. 3中的钇内标溶液2. OOmL，用水稀释至刻度，混匀；微波消解装置的工作参数为RF功率1600W ;升温时间25min ;压力800psi ;保持温度2000C ;保温时间20min ；2. 3制备工作曲线溶液 在5 8个IOOmL烧杯中，不加试样，按步骤2. 2同步处理空白溶液，移入数个相应IOOmL容量瓶中，在各容量瓶中加入上述步骤1.7中的钇内标溶液2mL和上述步骤1.6中钴标准溶液6. OOmL，再根据预先得知的试样中锆的含量范围，在各容量瓶中加入不同体积数的、上述步骤I. 5中的锆标准溶液，使各容量瓶中的锆的含量为得知的试样中锆含量的0% 200%，然后用水稀释至刻度，混匀，作为工作曲线溶液；2. 4绘制工作曲线采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪在谱线锆339. 198nm和钇371. 029nm依次测量工作曲线溶液中锆和钇的强度，以锆和钇的强度比值为纵坐标，以锆的质量浓度作为横坐标，绘制工作曲线；2. 5测量试样溶液中元素锆的质量浓度采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪在谱线锆339. 198nm和钇371. 029nm测量试样溶液中锆和钇的强度，用锆和钇的强度比值在相应的工作曲线上查出相应元素锆的质量浓度；2. 7计算测量结果，得到锆的含量；按下式计算试样中元素锆的质量百分数W，数值以％表示
nxVxl O6W=PxiOOCl)
πι式中P——试样溶液中元素锆的质量浓度，单位μ g/mL ；V——试样溶液体积,单位mL ；m-试料质量，单位g;上述方法中所述低温加热是指加热范围在50 200°C。电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数如下高频频率40. 68MHz ;入射狭缝20 μ m ;出射狭缝80 μ m ;15 μ m ;入射功率1. OKw ;反射功率< 15W ;样品提升量I. 2L/min ;冷却气流量15L/min ;积分时间:2s ;护套气流量0. 2L/min。按电感耦合等离子体原子发射光谱仪选定的工作条件，以钇为内标元素，绘制工作曲线，测量试样溶液，得到试样溶液中元素锆的质量浓度，计算测量结果，得到锆的含量为 O. 41%。与现有技术相比，本发明技术方案解决了含钽钴基高温合金中锆元素的测定要求，并具有灵敏度高，选择性好，检 出下限低等优点。
权利要求
1. 一种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中锆含量的方法，其特征在于 (1)该方法在测定过程中使用的试剂有 .1. 1盐酸，P I. 19g/mL，优级纯或MOS级； 1. 2硝酸，P I. 42g/mL ；，优级纯或MOS级 . 1. 3氢氟酸，P I. 15g/mL,优级纯； .1. 4硫酸，P I. 84g/mL,优级纯； .1.5锆标准溶液，O. 10mg/mL，制备方法是称取O. 1351g 二氧化锆，置于钼坩埚中，加入上述步骤I. 3中的氢氟酸IOmL和上述步骤I. 2中的硝酸6mL，低温加热溶解后，加入上述步骤I. 4中的硫酸10mL，加热蒸发至冒硫酸烟，加入水将溶液仔细混匀，冷却后将溶液移入IOOOmL容量瓶中，加入上述步骤I. I中的盐酸IOOmL,用水稀释至刻度，混匀； .1.6钴标准溶液，10. Omg/mL。制备方法是称取5. OOOg金属钴，金属钴的质量分数不小于99. 98%，置于150mL烧杯中，加入上述步骤I. I中的盐酸后低温加热溶解，冷却，移入500mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀； . 1.7钇内标溶液，O. 2mg/mL，称取O. 127g氧化钇，置于150mL烧杯中，加入上述步骤I. I中的盐酸20mL，低温加热溶解后，冷却，移入500mL容量瓶中，补加上述步骤I. I中的盐酸15mL,用水稀释至刻度,混匀； ⑵该方法测定过程的步骤是 .2.I取样和制样 试样按照HB/Z205的要求进行取样和制样，称取O. IOg试样，精确到O. OOOlg ； .2.2制备试样溶液 将试料置于40mL微波消解罐中，加入5mL水、上述步骤I. I中的盐酸3mL、上述步骤I. 2中的硝酸lmL、上述步骤I. 3中的氢氟酸lmL，常温下将酸反应后的气体排出，用微波消解装置对试料进行消解，冷却后，取出微波消解罐放气，将试液移入IOOmL塑料容量瓶中，加入上述步骤I. 7中的钇内标溶液2. OOmL，用水稀释至刻度，混匀； 微波消解装置的工作参数为RF功率1600W ;升温时间25min ;压力800psi ;保持温度2000C ;保温时间20min ； .2.3制备工作曲线溶液 在5 8个IOOmL烧杯中，不加试样，按步骤2. 2同步处理空白溶液，移入数个相应.1OOmL容量瓶中，在各容量瓶中加入上述步骤1.7中的钇内标溶液2mL和上述步骤I. 6中钴标准溶液6. 00mL，再根据预先得知的试样中锆的含量范围，在各容量瓶中加入不同体积数的、上述步骤I. 5中的锆标准溶液，使各容量瓶中的锆的含量为得知的试样中锆含量的.0% 200%，然后用水稀释至刻度，混匀，作为工作曲线溶液； .2.4绘制工作曲线 采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪在谱线锆339. 198nm和钇371. 029nm依次测量工作曲线溶液中锆和钇的强度，以锆和钇的强度比值为纵坐标，以锆的质量浓度作为横坐标，绘制工作曲线；. 2.5测量试样溶液中元素锆的质量浓度 采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪在谱线锆339. 198nm和钇371. 029nm测量试样溶液中锆和钇的强度，用锆和钇的强度比值在相应的工作曲线上查出相应元素锆的质量浓度； . 2.6计算测量结果，得到锆的含量； 按下式计算试样中元素锆的质量百分数w数值以％表示
2.根据权利要求I所述的采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中锆含量的方法，其特征在于电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数如下高频频率40. 68MHz ;入射狭缝20 μ m ;出射狭缝80 μ m ;15 μ m ;入射功率1. OKw ;反射功率< 15W ;样品提升量I. 2L/min ;冷却气流量15L/min ;积分时间:2s ;护套气流量0. 2L/min。
全文摘要
本发明是一种采用微波消解溶样法测定钽钴基合金中锆含量的方法，分析步骤如下称取试料；制备试样溶液；制备校准溶液；绘制工作曲线；测量试样溶液中锆的浓度；计算测量结果，得到锆的含量。本发明克服了样品难以溶解、测量谱线干扰严重等问题，大大较快了溶样速度，通过基体匹配消除了基体对测量元素的光谱干扰，提高了测量的准确度。溶样、测量快速，操作简便，节约了大量的人力和物力。
文档编号G01N1/44GK102879384SQ20121038732
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者庞晓辉, 高颂, 杨春晟, 房丽娜, 张艳 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院