IN718合金中添加了较高含量的铌元素,导致了大量含铌相的析出,这些含铌相的形貌、面积分数、数量、形状是影响IN718合金性能的主要因素之一,因此含铌相的定量表征对于研究合金的构效关系具有重要意义。本文基于高通量场发射扫描电镜综合成像通量高、自动扫描速度快、数据处理能力强等特点,采用该设备对IN718合金大视场范围内含铌相的图像进行了高效采集,并通过MIPAR图像处理软件建立了含铌相的图像分割、识别和统计分析模块,实现了合金大尺寸范围内含铌相特征的高效提取和定量统计分布表征。每块样品采集的背散射电子(BSE)图像数量为1 225张,使用建立的含铌相图像分析模块对这些图像进行快速批处理,获得了IN718合金锻棒材横截面不同区域内含铌相的形貌和面积分数等信息。发现心部含铌相大部分呈针状和长条状,且面积分数相对较高,而锻件边缘含有较多的短棒状和圆粒状析出相,这些数据将为锻造工艺的改进和性能提升提供指导。

Q690D钢因其较高的强度和韧性具有优异的性能,而钢中的夹杂物是影响强度和韧性的重要因素,对夹杂物的改质调控是提升产品性能的重要措施。为了探究镁对Q690D工程机械用钢中夹杂物的改质作用,采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、夹杂物三维蚀刻仪和FactSage热力学软件对比分析了镁处理和钙处理后钢中夹杂物的分布规律及尺寸。结果表明,Q690D钢经钙处理后夹杂物主要以CaO-Al₂O₃形式存在,一部分被CaS包裹;镁处理后钢中夹杂物主要为MgO·Al₂O₃或MgO,一部分被MgS包裹。Mg可使Al₂O₃更加细小弥散,分布更加均匀,夹杂物平均等效直径减小,并且镁处理轧材中夹杂物数密度和面积占比分别为65 mm²和0.031%,低于钙处理的96 mm²和0.050%。镁处理具有更好的净化钢液和改善夹杂物尺寸和分布的作用。

基于X射线显微镜开发了钢中夹杂物的三维形貌和三维结构特征参数的分析表征方法。以3种不同类型的钢为研究对象,详细分析了包括体积分数、等效直径、形状因子、粒径体积分布、球度、取向等夹杂物三维结构特征参数和三维空间分布。结果表明,X射线显微镜可准确表征钢中尺寸为1~500 μm的夹杂物,并根据图像特征衬度区分高密度相、非金属夹杂物和显微疏松。在不锈钢的变形量达到50%时,塑性夹杂物的三维形貌由球形向扁平状演变,形状因子由0.67减小到0.57,空间取向角由63.48°增加到77.40°。Te改性处理的钢中,Te元素包裹在MnS外部形成复合型夹杂,提高钢的抗腐蚀能力。在含硫钢中依据MnS夹杂物的三维结构特征参数划分出三维晶界,解释了晶界夹杂物的析出过程与凝固选分结晶的关系。据此建立了在实验室中替代同步辐射设备的钢中夹杂物三维表征的新方法,籍以促进钢中夹杂物形态与改性演化特征等研究,为夹杂物的控制提供更加准确可靠的分析检测手段。

聚焦离子束技术作为一种先进的微纳加工手段,在钢铁行业有着广泛的应用前景。文中主要以82A帘线钢铸坯和55SiCr弹簧钢铸坯为研究对象,利用聚焦离子束对其中的复合夹杂物进行系列切片及三维重构,发现在三维重构过程中存在如方法校正、物相衬度差异等对结果产生不良影响的因素。研究表明,通过引入偏移量计算公式,解决了重构形态失真、尺寸测定偏差大的难题;以及在系列切片过程中引入能谱面分析手段,实现了物相衬度差异不明显的物相重构可能性,有效地解决了目前三维重构过程中遇到的难题,使重构结果能更好地支撑项目研发。

固体废物资源再生对于实现“双碳”目标和“无废城市”建设至关重要,是全面推进美丽中国建设的关键一环。氧化锌富集物是含锌废物经火法冶炼挥发富集得到主要含氧化锌的物质,杂质有铁、铝和钙等金属元素及氟、氯、硅和硫等非金属元素,呈灰色、黑色等粉末状,是典型的固体废物资源再生产物。原料组分和工艺水平的差异,导致火法富集得到的氧化锌富集物品质参差不齐。本文聚焦典型再生氧化锌富集物,重点关注火法富集的原料组分、工艺和主要技术参数,系统地解析再生氧化锌富集物产生过程和主要理化特征。鉴于氧化锌富集物的组成对其后续处理和加工利用至关重要,也一并关注典型氧化锌富集物中氧化锌物相含量,及其他物相组成和含量。准确地分析和鉴别氧化锌富集物,是口岸对进口再生资源监管的关键,也是实现资源化利用的前提。

硒(Se)是一种两性非金属元素,作为人体所必需的微量元素之一,摄入不足或过量均会危害人体健康。土壤作为人类赖以生存的物质基础,是人们从外界获取Se的最根本来源,因此建立高灵敏度、高准确性的土壤和水系沉积物中Se检测方法具有十分重要的现实意义。氢化物发生-原子荧光光谱法(HG-AFS)具有分析操作简便、灵敏度高、分析速度快、运行成本低等特点,被广泛用于Se元素的测定。但在测试过程中,前处理方式、光源以及共存元素都可能对Se产生干扰,影响测试结果。本文重点阐述了原子荧光光谱测定土壤和水系沉积物中Se元素的干扰来源及产生原因,对Se元素干扰消除的相关研究和应用进展进行了总结探讨,并展望了氢化物发生-原子荧光光谱法测定土壤和水系沉积物中Se未来发展的方向。

铂和钯是价格较高的贵金属元素,粗硒中铂和钯含量是贸易结算的重要指标,准确测定粗硒中铂和钯含量意义重大。选择王水溶解样品,采用高氯酸冒烟挥硒消除硒基体干扰,在10%王水中,以Pt 265.945 nm、Pd 360.955 nm为铂和钯的分析谱线,建立了高氯酸挥硒-电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定粗硒中铂和钯的方法。试验表明,1.0 g样品需要加入15 mL王水可溶解完全,加入10 mL高氯酸高温挥发可将大部分硒基体除去,少量残余的硒基体和其他少量共存元素不干扰测定;全过程采用称重法以减少体积计算法带来的人为误差和量具误差。铂、钯的含量在0.02～15.0 μg/g范围内与其对应的发射光谱强度呈线性关系,校准曲线的线性相关系数分别为0.999 93和0.999 98;铂和钯的检出限分别为0.000 094%和0.000 11%,定量限分别为0.000 31%和0.000 33%。采用实验方法对粗硒中铂、钯进行测定,结果的相对标准偏差(RSD, n=7)小于5%;测定结果与氧化焙烧-铅试金-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定结果一致,精密度与正确度优于常规体积计算法。粗硒样品中铂、钯的回收率分别为98%～105%和99%～104%。

铜精矿中铁含量的准确测定会影响铜精矿的定价、交易及其熔炼过程渣型的调控、冶炼炉的热效应等。本文提出用盐酸、硝酸、溴、硫酸分解样品,将样品中基体铜转化为铜(Ⅱ)用作铁(Ⅲ)的还原终点指示剂和铁(Ⅲ)还原的催化剂,在硫酸介质中利用硼氢化钾还原铁(Ⅲ)为铁(Ⅱ),然后以二苯胺磺酸钠作指示剂,建立了重铬酸钾滴定法测定铜精矿中铁含量的方法。实验表明,称取0.20 g样品,采用0.1 g氟化氢铵、10 mL盐酸、5 mL硝酸、0.5 mL溴、10 mL硫酸(1+1)溶解试样,冒硫酸烟后剩余体积为1 mL时,可以保证硼氢化钾还原过程的酸度;待测液中铜(Ⅱ)对硼氢化钾还原铁(Ⅲ)的反应有催化作用,且不干扰铁的测定;硼氢化钾质量浓度为20 g/L时,可有效将铁(Ⅲ)还原为铁(Ⅱ)且不影响铁的测定;硫磷混酸用量为15 mL时滴定终点敏锐。干扰试验表明,样品中共存元素对测定的干扰可忽略。选取不同含量的铜精矿标准物质和样品,按照实验方法测定其中铁的含量,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=7)在0.20%~0.55%之间。采用国标方法GB/T 3884.15—2014进行方法比对试验,对两种方法的测定结果进行t检测,结果表明两种方法不存在显著性差异。本方法可用于冶炼企业大批量快速分析检测铜精矿中铁量。

碱值测试可用于评估发动机油中碱性添加剂含量,是发动机油性能评价的重要指标之一。本文将20种发动机油的解离常数带入汉德森-海森巴赫方程,结合能斯特方程计算得到不同发动机油的理论终点pH值,通过统计学中稳健统计算法A进行统计分析,确定适用于所有发动机油的终点pH值为－4.5;再以冰乙酸和氯苯混合溶液为溶剂,使用高氯酸冰乙酸进行滴定,建立了pH电位滴定法测定发动机油碱值的测定方法。方法检出限为0.004 1 mg KOH/g。将碱值发动机油标准物质用不含碱性物质的基础油进行稀释,混合均匀后配制成碱值依次为2、5、20 mg KOH/g的空白加标样品,采用实验方法进行测定,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为0.60%~1.2%,空白加标回收率为99%～102%。采用实验方法对不同发动机油样品进行测定,并采用行业标准SH/T 0251—1993《石油产品碱值测定法(高氯酸电位滴定法)》进行方法比对,结果表明,两种方法测定值的差值均在行业标准SH/T 0251—1993要求的重复性限要求范围内。选择4个不同碱值水平的发动机油标准物质,按照选定的实验方法进行测定,测试结果在标准值偏差范围内,相对标准偏差(n=6)为0.37%~0.81%。按照实验方法对5种发动机油样品进行测定,测定结果的相对标准偏差(n=10)均小于1%。

杂质氧和氮的存在会严重影响高纯铜的性能。本文采用车床精加工后酸腐蚀法对样品表面进行处理,在不使用助熔剂的条件下,选择分析功率4.5 kW,建立了惰气熔融-红外吸收/热导法测定高纯铜中痕量氧和氮的方法。考察了酸腐蚀法、车床精加工法、车床精加工后酸腐蚀法这3种表面处理方法对氧和氮测定的影响。结果表明,这3种表面处理方法对氮测定的影响可忽略;而对于氧的测定,采用车床精加工后酸腐蚀法的测定结果相比前两种方法显著偏低,说明单独用车床精加工后酸腐蚀法可有效去除样品表面的氧。选用氧和氮含量尽可能低的铜标准样品对氧和氮的测定进行仪器校准,方法中氧和氮的定量限分别为0.17、0.31 μg/g。按照实验方法对高纯铜样品中氧和氮平行测定7次,结果表明,氧测定值的标准偏差(SD,n=7)为0.13~0.19 μg/g,氮测定值的标准偏差(SD,n=7)为0.062~0.070 μg/g。采用辉光放电质谱法(GD-MS)对其中氧含量进行测定并进行方法比对,两种方法测定氧的结果基本一致。选择高纯铜样品,按照实验方法进行测定,并分别加入铜标准样品进行加标回收试验,结果表明,氧和氮的加标回收率为80%~120%。

碳化硅脱氧剂是一种高性能复合脱氧剂,测定其中钛含量,可以对冶炼过程中元素的引入和损失进行追踪,从而更加有效地改善钢材性能。碳化硅脱氧剂成分复杂,本方法采用高温熔融法处理样品,选择碳酸钠与过氧化钠作为混合熔剂,将盛有试样和混合熔剂的镍坩埚放入400 ℃高温炉中,逐渐升温至900 ℃,保温30 min,熔融试样;试样完全熔解后,用热水浸出,盐酸酸化,定容后干过滤;选择Ti 334.941 nm作为钛的分析线,基体匹配法绘制校准曲线,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对滤液中的钛元素进行测定,建立了碳化硅脱氧剂中钛的测定方法。钛元素校准曲线线性相关系数在0.999 9以上;钛的检出限为0.000 5%(质量分数)。按照实验方法测定碳化硅脱氧剂样品中钛,结果的相对标准偏差(RSD,n=7)为2.0%;加标回收率为98%～102%。分别采用本方法与国家标准GB/T 16555—2017中的分光光度法对7个碳化硅脱氧剂样品中钛进行测定,结果相吻合。

准确测定碳酸镧铈中铁元素的含量对其产品的质量控制及后续应用具有重要的意义。碳酸镧铈中铁元素的含量常采用分光光度法进行测定,但测定较低含量铁(0.3%以下)时存在变色不明显的问题,且显色过程极易受到其他杂质离子的影响。使用盐酸溶解样品,并控制溶液中盐酸酸度为2%。选择铁的分析谱线为Fe 259.939 nm,通过标准加入法绘制校准曲线消除碳酸镧铈基体等因素对于测定结果的影响,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定碳酸镧铈中铁。校准曲线线性相关系数为0.999 9;方法检出限为0.001%。按照实验方法测定碳酸镧铈中铁,结果的相对标准偏差(RSD, n=11)为1.3%～3.3%,加标回收率为98%～103%。

锡石和铅锌硫化物共/伴生萤石中CaF₂含量为1%~50%(质量分数,下同),而现行的行业标准方法适用于CaF₂含量大于3%的萤石样品。行业标准方法中存在0.30%的经验校正系数,因此含量在10%以下的CaF₂测定结果准确性不高。实验使用乙酸(1+9)分离除去CaCO₃、CaSO₄等易溶于乙酸的含钙杂质,离子选择电极法测定微溶于滤液中的F^-;残渣采用AlCl₃浸取,选择In作为内标元素,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定浸取液中的Ca;将两种方法的结果换算成CaF₂后相加即为萤石中CaF₂含量,从而建立了离子选择电极法与ICP-AES联用测定锡石和铅锌硫化物共/伴生萤石中氟化钙的方法。实验考察了AlCl₃溶液质量浓度、AlCl₃溶液浸取时间、Ca及其内标元素的谱线等对Ca测定的影响。方法中CaF₂的检出限为0.010%,定量限为0.040%。按照实验方法测定锡石实际样品、铅锌硫化物实际样品和萤石标准物质中CaF₂,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为0.22%~0.90%,相对误差(RE)为0.08%~0.63%。方法解决了CaF₂测定过程中经验校正系数的问题;ICP-AES 中采用内标法消除了由于环境温度波动和电子元件性能变化等导致仪器漂移而对分析结果产生的影响;方法的测定范围得到有效改善,可用于测定锡石和铅锌硫化物共/伴生萤石中CaF₂。

湿法炼锌的原料采购市场上出现了一种特殊的硫酸锌溶液,该硫酸锌溶液中含有较高的锰和铝。而硫酸锌溶液中高含量的锰和铝会对锌含量的测定造成干扰,严重影响其测定结果。本方法对含有高含量锰、铝的硫酸锌溶液进行处理,使溶液中的锰沉淀分离,分离后的溶液加入过量的EDTA,在乙酸-乙酸钠缓冲溶液中络合锌、铝,用锌标准溶液滴定过量的EDTA得到与锌、铝络合的EDTA的总量;使用氟化铵分解Al所结合的EDTA(Al-EDTA),再用锌标准溶液滴定释放出的EDTA;通过EDTA的总量减去释放出的Al-EDTA的量,即可间接测出硫酸锌溶液中锌的含量。按照实验方法测定3个含高锰、高铝的硫酸锌溶液中锌,结果的相对标准偏差(RSD,n=11)为0.27%～0.29%,小于一般滴定操作要求的0.30%;回收率为95%～101%。