惰气熔融-红外法测定钛毛细管中氧含量的制样方法 | [PDF全文] |
钛是一种银白色金属,其相对丰度在所有元素中居第10位,其特征为重量轻、强度高、具金属光泽,亦有良好的抗腐蚀能力[1].由于其化学性质稳定、耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱、高强度、低密度,主要用于航空航天、船舶、军工、医疗器械等方面[2-4].
钛毛细管在航空航天、医疗方面具有重要用途,主要用于火箭发动机燃料导管,航空仪表,血管支架等[5-8].氧含量对钛毛细管性能有较大影响, 过高会使硬度变高, 韧性变差[9-12].准确测定其化学成分含量具有重要意义.目前钛合金中氧含量的测定有脉冲熔融-飞行时间质谱法[13]和红外法[14-16],文中选择操作简便、分析速度快的惰气熔融-红外法.
1 实验 1.1 仪器与试剂氧氮分析仪:美国LECO公司ON736氧氮分析仪,氧测量精度0.25 μg/g或0.5 %RSD.超声波清洗仪:超声波频率40 000 Hz.标准物质:GBW02603钛标准物质,氧含量:0.119 %±0.005 %.助熔剂:高纯免洗镍篮,w(O)≤0.0005 %.石墨坩埚:光谱纯石墨套坩埚.载气:氦气,纯度为99.995 %.钛毛细管试样:φ0.8 mm×0.06 mm的钛毛细管试样.混合酸:HNO3:HF=3:1(体积比).丙酮:分析纯.
1.2 试验方法仪器开机预热至各项参数稳定且达到预设值后,平行3次测定系统、助熔剂和石墨坩埚空白值,进行空白校正.然后平行测定GBW02603钛标准物质3次,进行仪器校准.分析条件:脱气功率:5 800 W;分析功率,5 000 W;脱气时间,20 s;分析时间,30 s.
2 结果与讨论 2.1 制样方法选择 2.1.1 试样处理为了获得钛毛细管中准确和真实的氧含量测定结果,表面处理是关键,文中选用同一批次毛细管,依次采用了以下几种制样方法进行表面处理,进行实验,分述如下:
试样1:将样品剪成所需长度,用混合酸处理15 s后依次用蒸馏水、丙酮清洗,晾干待用.
试样2:在毛细管中插入大小合适的金属丝,小心将毛细管剪成中空且两端口不闭合的条状,取出金属丝,按试样1方法处理.
试样3:在毛细管中插入大小合适的金属丝,在砂带机上小心打磨至露出中间的金属丝,抽出金属丝,将毛细管展平,按试样1方法处理.
试样4:先在毛细管中插入大小合适的金属丝,小心将毛细管剪成中空且两端口不闭合的条状,取出金属丝,将钛毛细管置于超声波清洗仪中按试样1方法处理.
2.1.2 试样测定分别称取试样1、试样2、试样3、试样4各0.10 g,置于镍篮中,平行测定5次,测定结果见表 1.
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由表 1可以看出:试样1、试样2氧测定值偏高且波动较大;试样3、试样4氧测定结果稳定.
按照试样1处理方式,剪样会使毛细管两端口闭合,使钛毛细管内表面根本无法处理,使得氧的测定结果偏高且重现性差.这种方法只能处理外表面而不能处理内表面,所得结果不可靠.
按照试样2处理方式,由于毛细管内径太小,溶液在毛细管内流动不畅,混合酸对内表面腐蚀不到位且滞留在管内的酸不易清洗,导致酸残留,造成氧测定结果重复性差,这样处理后所得结果不理想.
按照试样3处理方式,处理的试样氧测定结果稳定,不过将毛细管的剖开不易操作.
按照试样4处理方式,处理的试样氧测定结果稳定,且操作简便.本试验选择该方式处理钛毛细管试样.
2.2 分析功率试验仪器分析功率对石墨坩埚温度和试样中氧的释放有很大影响,所以进行了分析功率试验.选择从3 000~5 500 W依次递增的分析功率,进行试验,结果见表 2.结果表明,分析功率从3 000 W到4 500 W,氧含量的测定结果随着功率的增加而上升,分析功率从4 500 W到5 500 W,氧含量测定结果稳定.由于分析功率升高会导致仪器能耗增加,电极损耗加快,坩埚挥发物增加,因此,本试验选择分析功率为5 000 W.
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2.3 本处理方法对氧含量的影响
取5份GBW02603钛标准物质,置于超声波清洗仪中,用混合酸处理15 s后依次用蒸馏水、丙酮清洗,晾干后检查氧含量,测定结果见表 3.由结果可以看出,氧含量测定值均符合标准物质标定值,本处理方法对氧含量的测定无影响.
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2.4 精密度试验
钛毛细管试样按照2.1.1中试样4处理方法处理后,平行测定11次,结果见表 4.由表 4可以看出,氧11次平行测定的RSD为2.55 %,精密度良好.
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2.5 加标回收试验
试验选取钛合金标准物质进行加标回收试验.称取一定量处理后的钛毛细管试样和GBW02603标准物质,置于镍篮中,按1.2的试验方法进行检测,结果见表 5.由表 5可以看出,氧的加标回收率为96.38 %~104.55 %,回收率良好.
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3 结束语
钛毛细管经插入大小合适的金属丝,小心将毛细管剪成中空且两端口不闭合的条状,于超声波清洗仪中用混合酸超声波清洗15 s后依次用蒸馏水、丙酮清洗,晾干处理后,试样表面油污和氧化层祛除彻底.通过精密度和加标回收试验,验证了本方法可以准确测定钛毛细管中氧含量.
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