惰氣熔融法測(cè)定鈦及鈦合金中氧氮含量

1、攀鋼技術(shù)57惰氣熔融法測(cè)定鈦及鈦合金中氧氮含量惰氣熔融法測(cè)定鈦及鈦合金中氧氮含量鐘華(攀鋼鋼鐵研究院)摘要：要：采用TC600氧氮分析儀，建立了惰氣熔融法測(cè)定鈦及鈦合金中氧、氮含量的分析方法。該方法分析成本低，易于操作，其精密度和準(zhǔn)確度滿足ISO22963：2008（E）和ASTME1409—2005標(biāo)準(zhǔn)要求，已運(yùn)用于實(shí)際分析中。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：惰氣熔融法；鈦及鈦合金；氧；氮0引言引言鈦及鈦合金中氧、氮含量的高低，對(duì)鈦材的物理和機(jī)械性能

2、有較大的影響，是判定其牌號(hào)的必檢指標(biāo)[1]。對(duì)于鈦中氧、氮的測(cè)定，各實(shí)驗(yàn)室普遍采用脈沖電極爐加熱的氧氮分析儀，運(yùn)用紅外吸收法、熱導(dǎo)法檢測(cè)技術(shù)同時(shí)測(cè)定鈦中氧、氮含量。當(dāng)鈦直接在石墨坩堝中熔融時(shí)，熔體的粘度大，生成的氣體很難釋放出來(lái)，測(cè)定時(shí)常用鉑或鎳助熔劑來(lái)改善熔體的流動(dòng)性，以促進(jìn)氧氮的釋放其中鎳的成本低，已被廣泛使用[24]，將鎳鈦重量比控制在7﹕1～17﹕1時(shí)，分析結(jié)果一致[5]。對(duì)于TC600氧氮分析儀，美國(guó)LECO公司推薦使用高溫坩

3、堝法測(cè)定鈦中氧、氮含量，實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)使用重量較輕的國(guó)產(chǎn)鎳籃分析時(shí)，高溫坩堝法測(cè)定鈦中氮的效果并不理想。為此，在高溫坩堝法的基礎(chǔ)上，對(duì)石墨坩堝類(lèi)型、石墨粉用量、功率等分析條件進(jìn)行了試驗(yàn)。采用價(jià)格相對(duì)低廉的國(guó)產(chǎn)鎳籃，建立了標(biāo)準(zhǔn)坩堝法同時(shí)測(cè)定鈦及鈦合金氧、氮含量的分析方法。該方法的測(cè)定精密度良好、準(zhǔn)確度高，能滿足最新的ISO和ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求[67]。目前，該方法已得到了實(shí)際應(yīng)用，滿足了生產(chǎn)和科研的需要，效果良好。1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)部分部分1.1

4、儀器與主要材料TC600氧氮分析儀，高純氦作載氣，紅外吸收法測(cè)量氧，熱導(dǎo)法測(cè)量氮。鎳籃（北京盛沃科技有限公司），高溫坩堝（LECO782720），標(biāo)準(zhǔn)坩堝（LECO776247），套坩堝（江蘇武進(jìn)），石墨粉（LECO501073）。鎳籃清洗液：由75mL冰醋酸，25mL濃HNO3和2mL濃HCl混合組成，分析純。樣品清洗液：30%H2O2：濃HF(3：1VV)，分析純。鈦合金GBW02603(O：0.119%、N：0.027%)；純鈦G

5、BW02604(O：0.273%、N：0.023%)；LECO鈦校正樣：501320(O：0.183%0.006%、N：0.019%0.002%)；502201(O：0.304%0.008%、N：0.002%0.001%)；501653(O：0.047%0.003%、N：0.009%0.002%)。1.2實(shí)驗(yàn)方法鎳籃用清洗液清洗60s，然后用自來(lái)水沖洗2～3min，再用丙酮洗滌三遍，并存放于丙酮中，吹干后使用。將鈦樣品放入鈦清洗液中，劇

6、烈反應(yīng)大約5s后，將其取出，用水沖洗，再用丙酮清洗三次，吹干后存放于干燥器中，備用。準(zhǔn)確稱取鈦樣品，精確至0.0001g，置于清洗過(guò)的鎳籃中。在坩堝中加入約0.05g石墨粉，按儀器說(shuō)明書(shū)進(jìn)行自動(dòng)投樣分析?？鄢鲈噭┛瞻缀螅免佒醒?、氮標(biāo)準(zhǔn)樣品校準(zhǔn)工作曲線，儀器自動(dòng)計(jì)算出試樣中氧、氮含量。2結(jié)果與討論結(jié)果與討論2.1坩堝與鎳用量參考LECO公司用高溫坩堝分析鈦中氧、氮理化理化檢驗(yàn)檢驗(yàn)582009年第32卷第3期圖2不同石墨粉重量下鈦中氮的釋

7、放曲線不同石墨粉重量下鈦中氮的釋放曲線測(cè)定精密度較不加或加入0.10g石墨粉時(shí)有所提高。試驗(yàn)現(xiàn)象表明：不加石墨粉，測(cè)定時(shí)分析功率波動(dòng)大，部分樣品氮釋放出現(xiàn)拖尾，坩堝的中下部破損嚴(yán)重；加入0.05，0.10g石墨粉后，分析功率較平穩(wěn)，即使出現(xiàn)波動(dòng)也在氮釋放的后期，坩堝表2石墨粉量對(duì)氮分析結(jié)果的影響石墨粉量對(duì)氮分析結(jié)果的影響wN%石墨粉g測(cè)定值平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差0.000.01700.01780.01930.01790.0180.000960.

8、050.01860.01890.01940.01910.0190.000340.100.01810.01940.01730.01760.0180.00093的中上部出現(xiàn)裂紋，但是當(dāng)石墨粉為0.10g時(shí)，部分樣品氮釋放也出現(xiàn)拖尾，導(dǎo)致精密度變差。綜上所述，在坩堝中加入少量石墨粉，可有效防止坩堝過(guò)早被熔體浸蝕損壞，但過(guò)多的石墨粉會(huì)使熔體的流動(dòng)性變差，影響鈦中氮的釋放。試驗(yàn)中確定石墨粉用量為0.05g。2.3分析功率改變分析功率，對(duì)50132

9、0樣中的氧、氮量進(jìn)行了測(cè)定。分析結(jié)果見(jiàn)表3。表3分析功率試驗(yàn)結(jié)果分析功率試驗(yàn)結(jié)果(n=2=2)ON分析功率W測(cè)定值%釋放時(shí)間s測(cè)定值%釋放時(shí)間s46000.18020～250.01542～5148000.18320～250.01739～5850000.18320～250.01838～4252000.18220～250.01938～3954000.18020～250.01938～39從表3可見(jiàn)，分析功率在4600～5400W時(shí)，氧的測(cè)定結(jié)

10、果穩(wěn)定，釋放時(shí)間一致。分析功率在4600～5000W時(shí)，氮的釋放出現(xiàn)不同程度的拖尾，分析結(jié)果略偏低。當(dāng)分析功率在5200～5400W時(shí)，結(jié)果穩(wěn)定。試驗(yàn)中選用5300W分析功率進(jìn)行測(cè)定。2.4空白試驗(yàn)按上述選定的分析條件，對(duì)整個(gè)分析系統(tǒng)的氧、氮空白值連續(xù)測(cè)定了11次。將儀器默認(rèn)的1g空白值換算成取樣量為0.1g時(shí)的空白值，結(jié)果見(jiàn)表4。表4儀器空白值確定儀器空白值確定%元素測(cè)定值平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差測(cè)定下限0.00440.00400.00440.

11、00400.00500.00380.00400.0041O0.00480.00490.00430.00430.000410.0080.00020.00040.00020.00020.00040.00010.00030.0002N0.00020.00030.00040.00030.000100.001從表4可見(jiàn)，按0.1g取樣量計(jì)算，系統(tǒng)氧、氮空白值分別為0.0043%、0.0003%，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.00041%和0.00010%，按