專利名稱：測定鋁鈦硼合金中硼元素含量的方法
專利說明測定鋁鈦硼合金中硼元素含量的方法 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金材料的元素分析測試方法，尤其是一種測定鋁鈦硼合金中硼元素含量的方法。
背景技術(shù)：
鋁鈦硼合金是一種鋁材加工過程中必須添加的晶粒細(xì)化劑，我國自主研發(fā)的鋁鈦硼合金已經(jīng)全面占領(lǐng)了國內(nèi)市場，并已經(jīng)打開了國際市場，現(xiàn)在我國已成為世界上最大的鋁鈦硼合金生產(chǎn)國。鋁鈦硼合金的關(guān)鍵指標(biāo)取決于合金中鈦、硼等合金元素的含量，在生產(chǎn)過程中必須進(jìn)行嚴(yán)格的控制，但由于鋁鈦硼合金研發(fā)的時間不長，相應(yīng)的分析檢測方法的研究還沒有跟上生產(chǎn)的步伐，因此研究開發(fā)能滿足生產(chǎn)控制要求的分析檢測方法成為當(dāng)務(wù)之急。
國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20975.15-2008鋁及鋁合金化學(xué)分析方法第15部分硼含量的測定，規(guī)定了鋁及鋁合金中硼含量的測定方法，其中方法一離子選擇電極法規(guī)定了硼含量的測定范圍為0.0010％～5.00％(質(zhì)量百分比，本發(fā)明所稱的元素含量百分比均為質(zhì)量百分比)，該方法要求用氫氟酸溶解試樣得到試液，用離子選擇電極測量試液的平衡電位，并與用標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制的工作曲線比較得到硼含量。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7999-2007鋁及鋁合金光電直讀發(fā)射光譜分析法，規(guī)定了用光電直讀發(fā)射光譜儀直接測定鋁合金材料中元素含量的方法，包括對鋁合金中Si、Fe、Cu、Mg、Ni、Zn、Ti、V、Be、Ce、Ca、Na等元素的測定，但是不涉及硼元素含量的檢測。另外2009年第18卷第4期《化學(xué)分析與計量》第28～30頁“光電直讀光譜法測定7075鋁合金中多元素”一文中，披露了采用光電直讀光譜儀同時測定7075鋁合金材料中Si、Fe、Cu、Mg、Cr、Mn、Zn、Ti、Zr等元素含量的方法，該文中采用高能火花光源、使用高純氬及增加氬氣流量，可消除共存元素的干擾，分析數(shù)據(jù)的精密度和準(zhǔn)確度可以滿足化學(xué)分析的要求，但也沒有涉及硼元素含量的檢測。因此目前對于合金中硼含量的測定仍然局限于化學(xué)分析法，尚沒有通過直接測試鋁鈦硼合金材料而測定其硼元素含量的合適方法。而化學(xué)分析方法雖然準(zhǔn)確可靠，但由于在測試前需要一個對試樣進(jìn)行化學(xué)分解的步驟，工作曲線的繪制還需配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，操作麻煩而復(fù)雜，特別是鋁鈦硼合金的生產(chǎn)過程控制要求檢測過程簡便、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確并且快速出分析結(jié)果，顯然該方法很難滿足這樣的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種適合于直接測定鋁鈦硼合金材料中硼元素含量的方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是應(yīng)用光電直讀發(fā)射光譜法測定鋁鈦硼合金中硼元素含量。
上述測定鋁鈦硼合金中硼元素含量的光電直讀發(fā)射光譜法包括下列步驟 A、取樣從待測鋁鈦硼合金的熔融狀態(tài)取樣并澆鑄成型為試樣，或者從待測鋁鈦硼合金的鑄錠、鑄件、加工產(chǎn)品上直接截取試樣； B、試樣加工將所取試樣分析面用車床或銑床加工成光潔的平面； C、用光電直讀發(fā)射光譜儀測試首先設(shè)定所述光電直讀發(fā)射光譜儀的激發(fā)參數(shù)在下列范圍內(nèi)氬氣輸入壓力0.35MPa～0.55MPa、沖洗時間3s～7s、預(yù)燃時間13s～17s、曝光時間6s～10s，然后設(shè)定分析線為249.773nm、內(nèi)標(biāo)線為266.039nm并繪制工作曲線，在測試試樣前對所述工作曲線進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后開始測試前述加工好的試樣，所述光電直讀光譜儀檢測所述分析線和內(nèi)標(biāo)線的光譜強(qiáng)度并將其比值與所述工作曲線進(jìn)行比較得到硼元素含量結(jié)果。
進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案是所繪制的工作曲線，適用于硼元素的檢測范圍為0.0030％～1.21％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。所述硼元素的檢測范圍優(yōu)選為0.100％～1.21％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
進(jìn)一步優(yōu)選的方案為對前述各技術(shù)方案的所述C步驟中，設(shè)定氬氣輸入壓力為0.40MPa、沖洗時間5s、預(yù)燃時間15s、曝光時間7s。
更優(yōu)選的方案為對上述各技術(shù)方案的所述C步驟中，繪制所述工作曲線所選用的鋁合金標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的硼元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.0026％、0.0129％、0.212％，以及鋁鈦硼合金控樣中的硼元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.605％、1.21％。
本發(fā)明突破現(xiàn)有技術(shù)的局限，采用光電直讀發(fā)射光譜法測定鋁鈦硼合金硼元素的含量，該方法由于不需分解樣品，只需進(jìn)行簡單的試樣加工即可進(jìn)行測定，因此分析速度快，操作簡單，非常適合于生產(chǎn)線的過程控制檢測和成品檢測。本發(fā)明還通過從硼元素大量的特征譜線中選出適合于光電直讀發(fā)射光譜法測定的、與檢測范圍相適合的理想譜線作為分析線，很好地克服了其他譜線強(qiáng)度不穩(wěn)定以及由于譜線發(fā)散和自吸而造成分析結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，同時從基體鋁的特征譜線中選擇了具有較好光譜強(qiáng)度、干擾譜線少的譜線作為相應(yīng)的內(nèi)標(biāo)線，與所選擇的硼元素分析線組成分析線對，并且在檢測范圍內(nèi)該分析線對光譜強(qiáng)度比與硼元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有較好的線性關(guān)系，進(jìn)而建立起檢測硼含量的工作曲線，從而實(shí)現(xiàn)了在一定的檢測范圍內(nèi)直接對鋁鈦硼合金中硼含量的準(zhǔn)確測定。試驗(yàn)證明在所適用的檢測范圍內(nèi)測定結(jié)果精密度和準(zhǔn)確度都很好，完全滿足化學(xué)分析法國家標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的要求。并且本發(fā)明還通過合理設(shè)定光電直讀發(fā)射光譜儀的氬氣輸入壓力、沖洗時間、預(yù)燃時間和曝光時間等激發(fā)參數(shù)，使得測試時所選譜線光譜強(qiáng)度穩(wěn)定，有效地消除了其他譜線的干擾，保證了硼含量檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。


圖1為適用于硼元素含量檢測范圍為0.0030％～1.21％的工作曲線，圖中以硼元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)、以分析線對(249.773/266.039nm)光譜強(qiáng)度比為縱坐標(biāo)。
具體實(shí)施方式
通過下面給出的本發(fā)明的幾個具體實(shí)施例可以進(jìn)一步清楚地了解本發(fā)明。但它們不是對本發(fā)明的限定。
除非另有說明，本發(fā)明中所采用的含量百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
本發(fā)明實(shí)施例所使用的主要儀器光電直讀發(fā)射光譜儀FOUNDRY MASTER，德國WAS公司。
儀器工作條件工作溫度18～26℃，工作濕度30％～65％(相對濕度)；無電磁干擾；電壓(220±22)V，頻率(50±1)Hz。
實(shí)施例1 光電直讀發(fā)射光譜儀激發(fā)參數(shù)效果驗(yàn)證 1、氬氣輸入氣壓 在其它條件不變的情況下，只改變氬氣輸入氣壓，對自制鋁鈦硼合金控樣Ti10B0.1進(jìn)行激發(fā)，選用分析線249.773nm，內(nèi)標(biāo)線266.039nm，測定結(jié)果見下表(n＝6) 表中，硼元素分析線對譜線強(qiáng)度比是指鋁鈦硼合金中硼元素分析線與鋁基內(nèi)標(biāo)線譜線強(qiáng)度的比值，RSD是指相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，本發(fā)明中均為此含義。
試驗(yàn)表明，氬氣的壓力控制在0.35MPa～0.55MPa范圍內(nèi)樣品激發(fā)程度較好，硼元素分析線對譜線強(qiáng)度比相對標(biāo)準(zhǔn)差小于5％；氬氣的壓力為0.40MPa時激發(fā)強(qiáng)度好、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差也小。
2、沖洗時間 在其它條件不變的情況下，只改變沖洗時間，對自制的鋁鈦硼合金控樣Ti5B0.2進(jìn)行激發(fā)，選用分析線249.773nm，內(nèi)標(biāo)線266.039nm，測定結(jié)果列于下表(n＝6) 結(jié)果表明，沖洗時間在3s以上時，硼元素分析線對譜線強(qiáng)度比相對標(biāo)準(zhǔn)差小于5％，并趨于穩(wěn)定。
3、預(yù)燃時間 在其它條件不變的情況下，只改變預(yù)燃時間，對自制的鋁鈦硼合金控樣Ti10B0.07進(jìn)行激發(fā)，選用分析線249.773nm，內(nèi)標(biāo)線266.039nm，測定結(jié)果列于下表(n＝6) 結(jié)果表明預(yù)燃時間在13s～17s時譜線強(qiáng)度穩(wěn)定，相對標(biāo)準(zhǔn)差小于5％；預(yù)燃時間為15秒時，譜線強(qiáng)度比相對標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，為1.3％。
4、曝光時間 在其它條件不變的情況下，只改變曝光時間，對自制的鋁鈦硼合金控樣Ti5B0.5進(jìn)行激發(fā)，選用分析線249.773nm，內(nèi)標(biāo)線266.039nm，測定結(jié)果列于下表(n＝6) 結(jié)果表明曝光時間在6s～10s時譜線強(qiáng)度穩(wěn)定，相對標(biāo)準(zhǔn)差小于2％，且激發(fā)點(diǎn)無發(fā)白現(xiàn)象。
實(shí)施例2 工作曲線的繪制 設(shè)置光電直讀發(fā)射光譜儀的激發(fā)參數(shù)為氬氣氣壓0.4MPa、沖洗時間5s、預(yù)燃時間15s、曝光時間7s 選用的鋁合金標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及自制鋁鈦硼合金控樣的硼含量見下表 設(shè)定分析線為249.773nm，內(nèi)標(biāo)線266.039nm，繪制工作曲線，見圖1，圖中以硼元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)、以分析線對(249.773/266.039nm)光譜強(qiáng)度比為縱坐標(biāo)。得出工作曲線方程為y＝20910+445230x，式中y為分析線對光譜強(qiáng)度比，x為硼元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(％)，相關(guān)系數(shù)為R＝0.9999。
該工作曲線適用于硼含量范圍為0.0030％～1.21％的檢測，優(yōu)選適合于硼含量范圍為0.100％～1.21％的檢測。
實(shí)施例3 生產(chǎn)線Ti3B1鋁鈦硼合金中硼含量的檢測 從熔融狀態(tài)取樣，用預(yù)熱過的鑄鐵?；蜾撃茶T成型棒狀樣品(直徑約為10mm)，冷卻后截取該棒狀樣品150mm左右，切去兩端頭各10mm，分析面用車床或銑床加工成光潔平面，加工時將樣品斜夾在夾具上，使得分析面長度不小于45mm，試樣車削時用無水乙醇冷卻、潤滑。開啟原子發(fā)射光譜儀，設(shè)置鋁-鈦-硼合金分析參數(shù)，將參數(shù)設(shè)定為氬氣輸入氣壓0.4MPa、沖洗時間5s、預(yù)燃時間15s、曝光時間7s；選擇分析線為249.773nm，內(nèi)標(biāo)線為266.039nm。待儀器穩(wěn)定后，打開真空泵，用氬氣沖洗整個回路1min，以沖洗掉其中的空氣，再激發(fā)空白試樣，待至少3次激發(fā)值近似相等后，選擇標(biāo)樣對按實(shí)施例2繪制的工作曲線進(jìn)行兩點(diǎn)校正。合格后，選擇與待測試樣化學(xué)成分相近的控樣對該工作曲線進(jìn)行一點(diǎn)校正，完成后測定試樣。把預(yù)制好的待測試樣用套具固定在激發(fā)臺上，蓋住激發(fā)孔，保持火花臺板與待測試樣激發(fā)表面之間接觸良好、不漏氣，然后對樣品進(jìn)行激發(fā)測定，每次在分析面不同部位激發(fā)，需要時重新加工分析面，激發(fā)測試11次，其結(jié)果如下表
結(jié)果表明用該方法測定相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小，滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7999-2007中規(guī)定的不大于2％的要求，重復(fù)試驗(yàn)精密度好。
實(shí)施例4 產(chǎn)品Ti5B0.3鋁鈦硼合金中硼含量的測定 取一塊50×50×20mm的Ti5B0.3塊狀樣品，將樣品的一個50×50mm平面用車床加工成光潔平面作為分析面。開啟發(fā)射光譜儀，將參數(shù)設(shè)定為氬氣輸入氣壓0.45MPa、沖洗時間3s、預(yù)燃時間13s、曝光時間6s；分析線249.773nm，內(nèi)標(biāo)線266.039nm。待儀器穩(wěn)定后，按照實(shí)施例3的方法對工作曲線進(jìn)行校正，完成后將樣品用套具固定在激發(fā)臺上開始測試，每次在分析面不同部位激發(fā)，需要時重新加工分析面，樣品激發(fā)11次，其結(jié)果如下表
結(jié)果表明用該方法測定相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小，滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7999-2007中規(guī)定的不大于5％的要求，重復(fù)試驗(yàn)精密度好。
實(shí)施例5 產(chǎn)品Ti10B0.1鋁鈦硼合金中硼含量的測定 截取Ti10B0.1直徑為10mm的棒狀樣品150mm左右，切去兩端頭各10mm，分析面用車床加工成工成光潔平面，加工時將樣品斜夾在夾具上，使得分析面長度不小于45mm。開啟發(fā)射光譜儀，將參數(shù)設(shè)定為氬氣輸入氣壓0.4MPa、沖洗時間5s、預(yù)燃時間15s、曝光時間7s；分析線249.773nm，內(nèi)標(biāo)線266.039nm。待儀器穩(wěn)定后，按照實(shí)施例3的方法對工作曲線進(jìn)行校正，完成后將樣品用套具固定在激發(fā)臺上開始測試，每次在分析面不同部位激發(fā)，需要時重新加工分析面，樣品激發(fā)11次，其結(jié)果如下表
結(jié)果表明用該方法測定相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小，滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7999-2007中規(guī)定的不大于5％的要求，重復(fù)試驗(yàn)精密度好。
實(shí)施例6 準(zhǔn)確度試驗(yàn) 取不同硼含量的鋁鈦硼合金樣品三批，編號為1#、2#、3#，采用本發(fā)明的方法和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20975.15-2008鋁及鋁合金化學(xué)分析方法第15部分硼含量的測定方法一離子選擇電極法進(jìn)行比對試驗(yàn)，分析結(jié)果見下表
通過對本發(fā)明方法和GB/T20975.15-2008方法分析結(jié)果的比較，表明本發(fā)明方法準(zhǔn)確度高，完全滿足化學(xué)分析法國家標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)要求。
權(quán)利要求
1.一種測定鋁鈦硼合金中硼元素含量的方法，其特征在于應(yīng)用光電直讀發(fā)射光譜法進(jìn)行檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定鋁鈦硼合金中硼元素含量的方法，其特征在于所述光電直讀發(fā)射光譜法包括下列步驟
A、取樣從待測鋁鈦硼合金的熔融狀態(tài)取樣并澆鑄成型為試樣，或者從待測鋁鈦硼合金的鑄錠、鑄件、加工產(chǎn)品上直接截取試樣；
B、試樣加工將所取試樣分析面用車床或銑床加工成光潔的平面；
C、用光電直讀發(fā)射光譜儀測試首先設(shè)定所述光電直讀發(fā)射光譜儀的激發(fā)參數(shù)在下列范圍內(nèi)氬氣輸入壓力0.35MPa～0.55MPa、沖洗時間3s～7s、預(yù)燃時間13s～17s、曝光時間6s～10s，然后設(shè)定分析線為249.773nm、內(nèi)標(biāo)線為266.039nm并繪制工作曲線，在測試試樣前對所述工作曲線進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后開始測試前述加工好的試樣，所述光電直讀光譜儀檢測所述分析線和內(nèi)標(biāo)線的光譜強(qiáng)度并將其比值與所述工作曲線進(jìn)行比較得到硼元素含量結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測定鋁鈦硼合金中硼元素含量的方法，其特征在于所述硼元素的檢測范圍為0.0030％～1.21％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測定鋁鈦硼合金中硼元素含量的方法，其特征在于所述硼元素的檢測范圍為0.100％～1.21％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的測定鋁鈦硼合金中硼元素含量的方法，其特征在于所述C步驟中，設(shè)定氬氣輸入壓力為0.40MPa、沖洗時間5s、預(yù)燃時間15s、曝光時間7s。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的測定鋁鈦硼合金中硼元素含量的方法，其特征在于所述C步驟中繪制所述工作曲線所選用的鋁合金標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的硼元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.0026％、0.0129％、0.212％，以及鋁鈦硼合金控樣中的硼元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.605％、1.21％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測定鋁鈦硼合金中硼元素含量的方法，其特征在于所述C步驟中繪制所述工作曲線所選用的鋁合金標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的硼元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.0026％、0.0129％、0.212％，以及鋁鈦硼合金控樣中的硼元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0.605％、1.21％。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁鈦硼合金中硼元素含量的測定方法，本方法采用光電直讀發(fā)射光譜法測定鋁鈦硼合金硼元素的含量。本發(fā)明還通過選擇適合的硼元素譜線作為分析線以及干擾少的鋁基特征譜線作為內(nèi)標(biāo)線，在檢測范圍內(nèi)該分析線對光譜強(qiáng)度比與硼元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有較好的線性關(guān)系，進(jìn)而建立起檢測硼含量的工作曲線，從而實(shí)現(xiàn)了在一定的檢測范圍內(nèi)直接對鋁鈦硼合金中硼含量的準(zhǔn)確測定。本發(fā)明還對光電直讀發(fā)射光譜儀的激發(fā)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。該方法由于不需分解樣品，因此分析速度快，操作簡單，非常適合于生產(chǎn)線的過程控制檢測和成品檢測。
文檔編號G01N21/25GK101813620SQ20101016773
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者鄧飛躍, 李水兵, 蔣蘇瓊, 張福爾, 王凱 申請人:新星化工冶金材料(深圳)有限公司