微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定718合金中铝钴钛钒磷钨六种元素

李亚琴，张 众，陈学清

（1.宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏石嘴山 753000；2.稀有金属特种材料国家重点实验室，宁夏石嘴山 753000；3.国家钽铌特种材料工程技术研究中心，宁夏石嘴山 753000）

718合金是一种镍铁基合金，主要化学成分包括镍、铁、钼和铌，其合金的组织较为稳定，有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能，同时具有良好的加工性能，是应用最为广泛的高温合金之一。杂质元素的含量高低对于合金的铸造组织和凝固行为都有一定的影响。利用电感耦合等离子体发射光谱仪进行杂质元素的分析测试目前在国内冶金行业被广泛应用［1，2］。试验研究用微波消解-电感耦合等离子体发射光谱仪测定718合金中六种杂质元素，方法准确度高，精密度好，能够满足合金产品分析的要求［3～6］。

1 试验部分

1.1 仪器及工作条件

1.1.1 仪器

光谱仪：赛默飞公司iCAP6300全谱直读光谱仪。

微波消解仪：莱伯泰科Milestone ETHOSONE微波消解仪。

1.1.2 工作参数：

通过试验优化，综合考虑确定光谱仪最佳工作参数见表1。

1.2 试剂与材料

1.氢氟酸：优级纯。

2.硝酸：优级纯。

表1 仪器最佳工作参数

3.盐酸：优级纯。

4.标准溶液：Al、Co、Ti、V、P、W 标准溶液1 mg/mL（钢铁研究总院分析测试研究所生产的液体标准）。依次把六种标准溶液1 mg/mL分取10 mL于100 mL容量瓶中，以水稀释至刻度，摇匀，配制成100μg/mL的标准溶液，待用。

5.氩气：体积分数≥99.99%。

6.高纯铁粉：铁含量≥99.99%。

7.高纯镍粉：镍含量≥99.99%。

8.高纯钼粉：钼含量≥99.99%。

9.高纯氢氧化铌：含量≥99.99%。

1.3 试验方法

1.3.1 试验步骤

称取0.100 0 g样品放入微波消解罐中，加入8 mL HCl，8 mL HNO3，2 mL HF，2 mL水，待反应不剧烈后放入微波消解仪进行溶解，微波加热程序为：15 min升温至220℃，保温35 min，待微波程序结束后，取出微波罐，倒出样品溶液，用塑料容量瓶以水定容100 mL，摇匀后直接在仪器上测定。随试样进行试剂空白试验。

1.3.2 718合金中铝、钴、钛、钒、磷、钨元素工作曲线配制

在四个微波消解罐中每个罐依次称入高纯铁粉0.038 g，高纯镍粉 0.042 g，高纯钼粉0.008 g，高纯氢氧化铌 0.023 g，加入 8 mL HCl，8 mL HNO3，2 mL HF，2 mL水，待反应不剧烈后放入微波消解仪进行溶解，待微波程序结束后，把四个微波罐中的溶液转入一个100 mL塑料容量瓶中，以水稀释至刻度，摇匀。分别分取25 mL于四个100 mL容量瓶中，分别加入一定量的100μg/mL的Al、Co、Ti标准溶液配制成 浓 度 为 0μg/mL、0.5 μg/mL、2μg/mL、5μg/mL的标准系列，分别加入一定量的100μg/mL的V、W标准溶液配制成浓度为 0μg/mL、0.5 μg/mL、1μg/mL、3μg/mL的标准系列，分别加入一定量的100μg/mL的P标准溶液配制成浓度为0 μg/mL、0.1μg/mL、0.2μg/mL、0.5μg/mL的标准系列，用塑料容量瓶定容100 mL，摇匀后待用。

2 结果与讨论

2.1 测定波长的选择

由于718合金中基体元素含量较高，所以需要考虑各分析元素之间的相互干扰、基体元素对分析元素的干扰以及测定的灵敏度的影响，各待测元素选择的灵敏线以及干扰情况见表2。

表2 各待测元素的谱线和干扰元素

经过谱线选择试验，确定了基体影响较小同时干扰少的元素谱线，其波长见表3。

表3 各待测元素的谱线波长

2.2 仪器工作参数选择

选择仪器工作条件的依据是，在分析功率能够满足分析要求的前提下，选用信背比低的功率；气流量要考虑等离子体火焰稳定、待测元素灵敏度足够高的因素，同时兼顾较小的基体干扰效应，综合考虑这些因素选择对待测元素都适合的仪器工作条件。本试验选择的仪器工作参数为：RF功率1 150 W；蠕动泵泵速50 r/min；辅助气流量0.5 L/min；观测方式：水平观测。

2.3 工作曲线的配制

718合金样品的组分主要是铁、镍、钼和铌，在杂质元素测定过程中基体效应干扰测定的准确度。本试验采用高纯铁粉、高纯镍粉、高纯钼粉和高纯氢氧化铌做基体，加入合适浓度的 Al、Co、Ti、V、P和 W标准溶液配制工作曲线，其线性方程和相关系数（r）见表4。

表4 元素的线性方程和相关系数

2.4 基体的光谱干扰

在测定718合金中杂质元素的过程中，基体的影响是不容忽视的问题。为了减弱基体的影响，配制与样品组分有相同量的基体的工作曲线。同时优化仪器条件，采用适宜的高频功率和载气流量共同抑制基体效应。

2.5 溶样条件选择试验

针对样品选用不同种类的酸进行溶样，结果见表5。

表5 溶样条件选择试验

从以上溶样结果可以看出，使用电炉加热的方式，样品不能完全分解，就无法进行后续分析。采用微波消解能很好地分解样品，为后续分析提供了保证。通过试验确定了微波溶样的条件为：加入8 mL HCl，8 mL HNO3，2 mL HF，2 mL水。

2.6 精密度和准确度试验

选用一种合金标样做六种杂质元素的精密度和准确度试验。分别称取十份样品，按试验步骤进行样品处理及分析，用铝、钴、钛、钒、钨和磷元素工作曲线进行测定，结果见表6。

表6 方法的精密度和准确度试验（n＝10）

由表6可知，六种杂质元素的RSD＜3.84%，精密度很好。从与标样值的对照结果可以看出均在方法的允许差范围内，可以满足合金样品分析测试要求。

2.7 加标回收试验

按照试验方法操作，在样品中依次加入一定量的标准溶液，进行加标回收试验，结果见表7。

表7 加标回收试验结果

由表7可以看出，六种杂质元素的回收率在92.9%～113.8%之间，加标回收结果较好，可以满足合金样品分析要求。

3 结 论

在研究了718合金对六种杂质元素的基体效应与光谱干扰的基础上，进行了谱线选择、优化仪器条件以及样品测定的试验，建立了微波消解-电感耦合等离子体发射光谱仪测定718合金杂质元素的方法。经过对样品分析结果表明，各待测元素的回收率均在92.9%～113.8%之间。该方法灵敏度高，准确度好，检测流程短，能够满足合金样品的分析需要。