(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 108896536 A(43)申请公布日 2018.11.27
(21)申请号 201810640632.2(22)申请日 2018.06.21
(71)申请人 中国船舶重工集团公司第七二五研
究所
地址 471000 河南省洛阳市洛龙区滨河南
路169号(72)发明人 张斌彬 杜米芳 刘攀 (74)专利代理机构 洛阳公信知识产权事务所
(普通合伙) 41120
代理人 王学鹏(51)Int.Cl.
G01N 21/73(2006.01)G01N 1/28(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页
(54)发明名称
一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法(57)摘要
本发明提供一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法，所述方法为采用电感耦合等离子体原子发射光谱法来测定高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬的含量，具体包括制备待测样品溶液、配制标准溶液、建立标准曲线、测定待测样品溶液中各元素含量等步骤。本发明采用基体匹配法配制系列标准溶液，减少基体干扰和元素间谱线干扰，能将高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬在电感耦合等离子体发射光谱仪上同时进行分析测定，定量范围可以覆盖高铌铝钛合金的检测要求，分析方法操作简单，为高铌铝钛合金的生产、科研、应用和质量控制提供了可靠保障。
CN 108896536 ACN 108896536 A
权 利 要 求 书
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1.一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、制备待测样品溶液：称取0.1g待测高铌铝钛合金样品于聚四氟乙烯烧杯中，加入蒸馏水、15mL盐酸后，逐滴加入2mL氢氟酸，低温加热至待测样品完全溶解，再加入2mL硝酸，继续低温加热，待溶液中红棕色烟消失，冷却至室温，转移至250 mL塑料容量瓶中，加水定容，摇匀，得到待测样品溶液，备用，平行处理2份待测样品；
步骤二、配制标准溶液：称取与样品匹配的高纯钛、高纯铝各4份，分别置于8个聚四氟乙烯烧杯中，向盛有高纯铝的聚四氟乙烯烧杯中加入5mL盐酸加热溶解，向盛有高纯钛的聚四氟乙烯烧杯中分别加入10mL盐酸及2mL氢氟酸加热溶解，冷却后转移到相应编号的容量瓶中，不加标准溶液的为空白液、其余分别加入不同浓度的铌标准溶液、钨标准溶液、铬标准溶液，将每个容量瓶稀释至刻度，摇匀，制得标准溶液；
步骤三、建立标准曲线：打开电感耦合等离子体原子发射光谱仪，待仪器稳定后，选择铝、铌、钨、铬元素的分析谱线，在设备分析软件中输入步骤二中各个标准溶液中各元素含量，逐个吸入标准溶液，建立校准曲线方程；
步骤四、测定待测样品溶液中各元素含量：在仪器操作软件中输入待测样品质量，对步骤一制得的待测样品溶液中待测元素强度进行测定，并得到各个元素的谱线强度，根据该谱线强度，由仪器自动计算样品中的铝、铌、钨、铬各元素的含量，样品测定后，选择与样品待测元素含量接近的标准样品作为控制样品，对结果准确性进行验证。
2.根据权利要求1所述的一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法，其特征在于：步骤二中钨标准溶液的浓度为100μg/L，其配置方法为：吸取10mL浓度为1000μg/L的钨国家标准溶液于100mL塑料容量瓶中，用2%的氢氧化钠水溶液稀释至刻度，摇匀。
3.根据权利要求1所述的一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法，其特征在于：步骤二中铬标准溶液的浓度为100μg/L，其配置方法为：吸取10mL浓度为1000μg/L的铬国家标准溶液于100 mL塑料容量瓶中，用10%的盐酸溶液稀释至刻度，摇匀。
4.根据权利要求1所述的一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法，其特征在于：步骤二中所述高纯钛的纯度为99.99%，所述高纯铝的纯度为99.99%。
5.根据权利要求1所述的一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法，其特征在于：步骤二中配制的系列标准溶液浓度梯度应覆盖冶炼目标值，且有1个标准溶液与冶炼目标值接近。
6.根据权利要求1所述的一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法，其特征在于：所述电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数为：高频功率为1200W，雾化器流量为0.7 L/min，等离子气体流量为15.0 L/min，辅助气体流量为0.20 L/min，观测方向为轴向，光源稳定时间为15s，冲洗时间为6s，延迟时间为20s，测定次数为2次。
7.根据权利要求1所述的一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法，其特征在于：步骤三中所述的铝、铌、钨、铬元素的分析谱线分别为：铝为394.401或396.153nm，铌为316.340或269.706nm，钨为207.912或224.876nm、铬为283.563或267.716nm。
8.根据权利要求1所述的一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法，其特征在于：步骤三中校准曲线方程线性相关系数不低于0.995。
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CN 108896536 A
说 明 书
一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法
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技术领域
[0001]本发明涉及光谱化学分析测试技术领域，具体的说是一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法。背景技术
[0002]高铌铝钛合金是一种新兴的轻质高温结构材料，广泛应用于航空航天和汽车领域，是近年来材料科学研究的研究热点。高铌铝钛合金中的铝、铌、钨、铬等元素能极大提高材料的塑性、强度、断裂韧性、蠕变性能以及抗氧化性，准确测定各元素含量可以为材料研发以及材料性能综合评价提供数据支持；
高铌铝钛合金成分含量与常规牌号钛合金差异较大，现行钛合金测定标准ASTM E 2371和GB/T4698均无法测定钨含量，且铝、铌、钨超出了现行钛合金化学成分测定标准ASTM E 2371和GB/T4698的测定范围，钛合金测定标准ASTM E 2371中采用耦合等离子发射光谱（ICP-OES）测定的元素是铝、铌、铬，仅能测定范围在: Al：0% ~8%，Nb：0% ~6%，Cr：0% ~5%，而钛合金测定标准GB/T4698中，各元素分析方法不同，不能够实现多种元素同时测定，分析效率较差，采用碱分离-EDTA络合滴定法测定的铝元素的范围在: Al：0.8 %~8%，采用发射光谱法测定的是元素是：铝、铬元素，其范围在: Al：0.01% ~0.15%，Cr：0.02% ~0.2%，采用硫酸亚铁铵滴定法测得的铬元素的范围在：0.3% ~12%，而采用5-Br-PADAP分光光度法测定的铌元素的范围在: Nb：0.2%~3%，这些方法均不能满足成分范围在Al：25%~35%，Nb：10%~16%，Cr：0.5%~2.5%，W：0.5%~1.5%的高铌铝钛合金中Al、Nb 、Cr、W的分析需求，目前高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬同时测定的方法未见有报道。发明内容
[0003]为解决上述问题，本发明提供一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法，用氢氟酸、盐酸、硝酸溶解样品，采用基体匹配法配制系列标准溶液建立校准曲线，选择适宜的分析谱线分析样品中的铝、铌、钨、铬含量，发明方法具有准确、快速、分析步骤简单的特点。
[0004]本发明通过以下技术方案来实现：
一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法，包括以下步骤：步骤一、制备待测样品溶液：称取0.1g待测高铌铝钛合金样品于聚四氟乙烯烧杯中，加入蒸馏水、15mL盐酸后，逐滴加入2mL氢氟酸，低温加热至待测样品完全溶解，再加入2mL硝酸，继续低温加热，待溶液中红棕色烟消失，冷却至室温，转移至250 mL塑料容量瓶中，加水定容，摇匀，得到待测样品溶液，备用，平行处理2份待测样品；
步骤二、配制标准溶液：称取与样品匹配的高纯钛、高纯铝各4份，分别置于8个聚四氟乙烯烧杯中，向盛有高纯铝的聚四氟乙烯烧杯中加入5mL盐酸加热溶解，向盛有高纯钛的聚四氟乙烯烧杯中分别加入10mL盐酸及2mL氢氟酸加热溶解，冷却后转移到相应编号的容量瓶中，不加标准溶液的为空白液、其余分别加入不同浓度的铌标准溶液、钨标准溶液、铬标
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说 明 书
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准溶液，将每个容量瓶稀释至刻度，摇匀，制得标准溶液；
步骤三、建立标准曲线：打开电感耦合等离子体原子发射光谱仪，待仪器稳定后，选择铝、铌、钨、铬元素的分析谱线，在设备分析软件中输入步骤二中各个标准溶液中各元素含量，逐个吸入标准溶液，建立校准曲线方程；
步骤四、测定待测样品溶液中各元素含量：在仪器操作软件中输入待测样品质量，对步骤一制得的待测样品溶液中待测元素强度进行测定，并得到各个元素的谱线强度，根据该谱线强度，由仪器自动计算样品中的铝、铌、钨、铬各元素的含量，样品测定后，选择与样品待测元素含量接近的标准样品作为控制样品，对结果准确性进行验证。[0005]进一步的，步骤二中钨标准溶液的浓度为100μg/L，其配置方法为：吸取10mL浓度为1000μg/L的钨国家标准溶液于100mL塑料容量瓶中，用2%的氢氧化钠水溶液稀释至刻度，摇匀。
[0006]进一步的，步骤二中铬标准溶液的浓度为100μg/L，其配置方法为：吸取10mL浓度为1000μg/L的铬国家标准溶液于100 mL塑料容量瓶中，用10%的盐酸溶液稀释至刻度，摇匀。
[0007]进一步的，步骤二中所述高纯钛的纯度为99.99%，所述高纯铝的纯度为99.99%。[0008]进一步的，步骤二中配制的系列标准溶液浓度梯度应覆盖冶炼目标值，且有1个标准溶液与冶炼目标值接近。[0009]进一步的，所述电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数为：高频功率为1200W，雾化器流量为0.7 L/min，等离子气体流量为15.0 L/min，辅助气体流量为0.20 L/min，观测方向为轴向，光源稳定时间为15s，冲洗时间为6s，延迟时间为20s，测定次数为2次。
[0010]进一步的，步骤三中所述的铝、铌、钨、铬元素的分析谱线分别为：铝为394.401或396.153nm，铌为316.340或269.706nm，钨为207.912或224.876nm、铬为283.563或267.716nm。
[0011]进一步的，步骤三中校准曲线方程线性相关系数不低于0.995。[0012]本发明的有益效果在于：
（1）本发明采用基体匹配法配制系列标准溶液，减少基体干扰和元素间谱线干扰，能将高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬在电感耦合等离子体发射光谱仪上同时进行分析测定，定量范围可以覆盖高铌铝钛合金的检测要求，分析方法操作简单；
（2）本发明检出限较低，均在0.006%以下，校准曲线方程线性相关系数不低于0.995，重复测定样品的相对标准偏差（RSD）不大于5 %，精密度较高，加标回收率介于93.2 %~110.4 %，方法能够快速、准确测定高铌铝钛合金中的铝、铌、钨、铬含量，为高铌铝钛合金的生产、科研、应用和质量控制提供了可靠保障；
综上所述，本发明的测定方法解决了目前不能同时测定高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定及分析繁琐、效率低下的问题，为高铌铝钛合金材料研发以及材料性能综合评价提供数据支持。
具体实施方式
[0013]一种高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的测定方法，包括以下步骤：
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说 明 书
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步骤一、制备待测样品溶液：称取0.1g待测高铌铝钛合金样品于聚四氟乙烯烧杯中，加入蒸馏水、15mL盐酸后，逐滴加入2mL氢氟酸，低温加热至待测样品完全溶解，再加入2mL硝酸，继续低温加热，待溶液中红棕色烟消失，冷却至室温，转移至250 mL塑料容量瓶中，加水定容，摇匀，得到待测样品溶液，备用，平行处理2份待测样品；
步骤二、配制标准溶液：称取与样品匹配的高纯钛、高纯铝各4份，分别置于8个聚四氟乙烯烧杯中，向盛有高纯铝的聚四氟乙烯烧杯中加入5mL盐酸加热溶解，向盛有高纯钛的聚四氟乙烯烧杯中分别加入10mL盐酸及2mL氢氟酸加热溶解，冷却后转移到相应编号的容量瓶中，不加标准溶液的为空白液、其余分别加入不同浓度的铌标准溶液、钨标准溶液、铬标准溶液，将每个容量瓶稀释至刻度，摇匀，制得标准溶液；
步骤三、建立标准曲线：打开电感耦合等离子体原子发射光谱仪，待仪器稳定后，选择铝、铌、钨、铬元素的分析谱线，在设备分析软件中输入步骤二中各个标准溶液中各元素含量，逐个吸入标准溶液，建立校准曲线方程；
步骤四、测定待测样品溶液中各元素含量：在仪器操作软件中输入待测样品质量，对步骤一制得的待测样品溶液中待测元素强度进行测定，并得到各个元素的谱线强度，根据该谱线强度，由仪器自动计算样品中的铝、铌、钨、铬各元素的含量，样品测定后，选择与样品待测元素含量接近的标准样品作为控制样品，对结果准确性进行验证。[0014]进一步的，步骤二中钨标准溶液的浓度为100μg/L，其配置方法为：吸取10mL浓度为1000μg/L的钨国家标准溶液于100mL塑料容量瓶中，用2%的氢氧化钠水溶液稀释至刻度，摇匀。
[0015]进一步的，步骤二中铬标准溶液的浓度为100μg/L，其配置方法为：吸取10mL浓度为1000μg/L的铬国家标准溶液于100 mL塑料容量瓶中，用10%的盐酸溶液稀释至刻度，摇匀。
[0016]进一步的，步骤二中所述高纯钛的纯度为99.99%，所述高纯铝的纯度为99.99%。[0017]进一步的，步骤二中配制的系列标准溶液浓度梯度应覆盖冶炼目标值，且有1个标准溶液与冶炼目标值接近。[0018]进一步的，所述电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数为：高频功率为1200W，雾化器流量为0.7 L/min，等离子气体流量为15.0 L/min，辅助气体流量为0.20 L/min，观测方向为轴向，光源稳定时间为15s，冲洗时间为6s，延迟时间为20s，测定次数为2次。
[0019]进一步的，步骤三中所述的铝、铌、钨、铬元素的分析谱线分别为：铝为394.401或396.153nm，铌为316.340或269.706nm，钨为207.912或224.876nm、铬为283.563或267.716nm。
[0020]进一步的，步骤三中校准曲线方程线性相关系数不低于0.995。[0021]下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
[0022]实施例1：
步骤一：先制备待测样品溶液：称取0.1g待测高铌铝钛合金样品于聚四氟乙烯烧杯中，加入蒸馏水、15mL盐酸后，逐滴加入2mL氢氟酸，低温加热至待测样品完全溶解，再加入2mL硝酸，继续低温加热，待溶液中红棕色烟消失，冷却至室温，转移至250 mL塑料容量瓶中，加
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水定容，摇匀，得到待测样品溶液，备用，平行处理2份待测样品；
步骤二、配制标准溶液：称取与样品匹配的高纯钛、高纯铝各4份，分别置于8个聚四氟乙烯烧杯中，所述高纯钛的纯度为99.99%，所述高纯铝的纯度为99.99%，向盛有高纯铝的聚四氟乙烯烧杯中加入5mL盐酸加热溶解，向盛有高纯钛的聚四氟乙烯烧杯中分别加入10mL盐酸及2mL氢氟酸加热溶解，冷却后转移到相应编号的容量瓶中，不加标准溶液的为空白液、其余分别加入不同浓度的铌标准溶液、钨标准溶液、铬标准溶液，将每个容量瓶稀释至刻度，摇匀，制得标准溶液；
其中钨标准溶液的浓度为100μg/L，其配置方法为：吸取10mL浓度为1000μg/L的钨国家标准溶液于100mL塑料容量瓶中，用2%的氢氧化钠水溶液稀释至刻度，摇匀；铬标准溶液的浓度为100μg/L，其配置方法为：吸取10mL浓度为1000μg/L的铬国家标准溶液于100 mL塑料容量瓶中，用10%的盐酸溶液稀释至刻度，摇匀；其中加入铌标准溶液、钨标准溶液、铬标准溶液等系列标准溶液的浓度梯度应覆盖冶炼目标值，且有1个标准溶液与冶炼目标值接近，推荐但不仅限于按如下表1配制：
表1 标准溶液配制表
步骤三、建立标准曲线：打开电感耦合等离子体原子发射光谱仪，待仪器稳定后，选择铝、铌、钨、铬元素的分析谱线，所述的铝、铌、钨、铬元素的分析谱线分别为：铝为394.401或396.153nm，铌为316.340或269.706nm，钨为207.912或224.876nm、铬为283.563或267.716nm，在设备分析软件中输入步骤二中各个标准溶液中各元素含量，逐个吸入标准溶液，建立校准曲线方程，线性相关系数不低于0.995，所述电感耦合等离子体原子发射光谱仪的工作参数为：高频功率为1200W，雾化器流量为0.7 L/min，等离子气体流量为15.0 L/min，辅助气体流量为0.20 L/min，观测方向为轴向，光源稳定时间为15s，冲洗时间为6s，延迟时间为20s，测定次数为2次；
步骤四、测定待测样品溶液中各元素含量：在仪器操作软件中输入待测样品质量，对步骤一制得的待测样品溶液中待测元素强度进行测定，并得到各个元素的谱线强度，根据该谱线强度，由仪器自动计算样品中的铝、铌、钨、铬各元素的含量，样品测定后，选择与样品待测元素含量接近的标准样品作为控制样品，对结果准确性进行验证，如下表2所示：
表2 BG-2A1样品测定及控制样品验证结果
如表2所示，Al、Cr、W、Nb的含量均在范围内，说明该检测方法结果准确，应用效果良好。
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说 明 书
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实施例2：测定高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬含量的检出限建立校准曲线后，不加标准溶液的空白液的测定值即为方法空白值，平行测定10次。空白值标准偏差的3倍为方法检出限，结果列于下表3所示。[0024]表3 方法检出限
从表3中可以看出，其检出限较低，均在0.006%以下，由此可见，本测定方法灵敏度较高，能满足铝、铌、钨、铬测定需要。[0025]实施例3：精密度试验
对BG-2A1样品进行6次测定，相对标准偏差RSD即为精密度。结果列于下表4所示：表 4 精密度试验结果
从上表4中可以看出，重复测定样品的相对标准偏差（RSD）不大于5 %，精密度较高。[0026]实施例4：加标回收率试验
平行处理3份样品溶液，分别按浓度梯度加入一定量的铝、铌、钨、铬标准溶液，测定加标量，计算加标回收率，结果如下表5所示：
表 5 加标回收率试验结果
性。
从上表5中看出，其回收率均在93.2%~110.4%的范围内，说明分析方法具有良好的准确
本发明未详述部分为现有技术。[0028]综上所述，本发明所述的测定方法操作简便快速、成本低、结果具有良好的稳定性、重现性和准确性，能将高铌铝钛合金中铝、铌、钨、铬在电感耦合等离子体发射光谱仪上同时进行分析测定。
[0029]以上显示和描述了本发明的主要特征、使用方法、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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