2018年, 第38卷, 第10期　刊出日期：2018-10-28

  

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  GCr15轴承钢连铸方坯与电渣重熔铸锭的 原位统计分布分析

  左晓剑,刘洋,成国光,李晶

  冶金分析. 2018, 38(10): 1-6.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010425

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  GCr15轴承钢作为高碳钢,其元素偏析尤其是碳元素的偏析对于钢的组织和性能有很大影响。实验应用原位统计分布分析技术对GCr15轴承钢连铸方坯整个横截面以及GCr15电渣锭的中心区域进行了对比分析,并重点研究了C和Cr元素的偏析情况以及试样表面的疏松情况。通过C和Cr元素含量二维等高图以及统计偏析度的对比分析可知,连铸方坯横截面的C和Cr元素都存在严重的中心偏析现象,同时在中心偏析区域外围观察到由于树枝晶搭桥而造成的环状、不连续的C元素负偏析带;GCr15电渣锭中心区域的C和Cr元素分布则较为均匀,即偏析现象得到明显改善。此外,电渣重熔前后试样表面的统计致密度和统计疏松度表明,电渣锭的致密程度要明显优于连铸方坯。
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  坩埚对高温合金中氧氮及氢分析结果的影响

  谢君,朱瑛才,仉凤江,张琳,朱跃进

  冶金分析. 2018, 38(10): 7-15.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010510

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  应用4台仪器考察坩埚对高温合金中氧、氮及氢分析的影响,首先从空白实验开始,进口和国产石墨坩埚氧空白稳定在0.0Xμg/g,氮空白稳定在0.Xμg/g,可以满足高温合金中氧和氮的分析需求。国产石墨坩埚达到国际同类坩埚水平,可以满足实验针对坩埚应用研究的基本要求。实验表明:石墨套坩埚氧空白值最低,石墨套坩埚与单坩埚氮空白值相同,石英坩埚氢空白值最低。借助于钢中氧氮氢联测标样(502-863),比较石墨套坩埚和单坩埚在3台仪器上氧氮分析的差异,结果显示:用同一条内置标线进行计算,套坩埚对氧和氮分析结果比单坩埚低;按套坩埚和单坩埚自行建立的两条对应标线进行计算,两种坩埚对氧和氮分析结果基本一致。而对氢的分析检测,石墨单坩埚数据严重偏离而被禁用,套坩埚可以应用于较高含量氢(不小于0.6μg/g),钢标样中超低氢分析仅石英坩埚数据最佳。应用现有标钢已建立的标线和方法,3种坩埚、4台仪器实测高温合金样品中氧氮及氢含量,每组45点以上数据显示:高温合金实际样品中氧含量数据最分散,氮的测定值相对集中,不同坩埚之间氢的分析结果差别非常大。自带的高温合金内控样分析数据显示:石墨单坩埚氧氮测定值略高于套坩埚氧氮测定值,而3仪器间的差别很小。对高温合金中氢进行测定时,石墨坩埚与样品相互作用产生干扰,比石英坩埚数值虚高,特别是石墨单坩埚产生的干扰比石墨套坩埚更大,不建议使用。石英坩埚成为高温合金中超低氢分析的最佳选择。由于坩埚损坏和鼓泡导致的异常数据可以通过观察用后坩埚及时发现和剔除,不失为降低坩埚不良影响的有效手段之一。
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  电感耦合等离子体串联质谱法测定 高纯氧化镁粉中金属杂质元素

  李坦平,谢华林,袁龙华,袁家伦

  冶金分析. 2018, 38(10): 16-22.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010486

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  基于电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)法建立了准确可靠分析高纯氧化镁粉中金属杂质元素的新方法。ICP-MS/MS通过启用新的质量过滤装置,在氧化镁基质的金属杂质元素测定过程中,能有效减少多原子干扰。采用He为碰撞气,O₂以及NH₃/He混合气为反应气,对比了在单四极杆(SQ)模式和串联四极杆(MS/MS)模式下消除干扰的效果。采用He碰撞模式无法消除一些特殊的质谱干扰,特别是双电荷离子干扰;然而,将分析物转移为氧化物离子或团簇离子,能实现待测元素的无干扰分析,并能获得极低的检出限,通过加标回收实验评估了方法的准确性。结果显示,方法的检出限为0.46~65.9ng/L。各元素的线性相关系数(R²)均不小于0.9998,真实样品的加标回收率为93%~108%,相对标准偏差为1.6%~4.4%。方法完全能用于高纯氧化镁粉中金属杂质元素的实时监控。
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  激发室空气吸附对火花放电原子发射光谱法 测定汽车板钢氧含量精密度的影响

  沈克

  冶金分析. 2018, 38(10): 23-27.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010452

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  针对采用火花放电原子发射光谱法(SDOES)测定氧时检出限较高的问题,实验探讨了激发室空气吸附对SDOES测定汽车板钢中氧精密度的影响。研究发现,由于伯努利效应,空气被吸入激发室而产生吸附,吸入的氧气、水蒸气不能被放电前的预冲氩完全除去,导致氧分析精密度变差。采取在不分析样品时将用的密封块把激发孔盖上,此外分析时注意将试样加工平整、保持样品与激发平台弥合、减少大气吸入等隔离空气的措施后,O 130.1nm谱线的背景波动得到有效控制,氧测定结果的相对标准偏差(RSD)由密封前的14.2%降低至密封后的5.5%。用低合金钢标准样品绘制氧校准曲线的相关系数(r)为0.9902,测定下限降至0.00096%。对氧质量分数分别为0.0037%和0.0011%的样品进行精密度考察,结果的RSD分别为7.5%和9.8%。汽车板试样的实验方法分析结果与国家标准脉冲加热惰气熔融-红外线吸收法分析结果之差小于GB/T 11261—2006临界差(CD_0.95)。在实验条件下,批量分析氧试样时工作效率优于红外法。
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  乙酸乙酯萃取进样-电感耦合等离子体原子 发射光谱法测定矿石中金

  周西林,王娇娜,梁波,黄晴晴

  冶金分析. 2018, 38(10): 28-33.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010453

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  为了提高分析效率和降低分析成本,保证分析人员的身体健康,选择一种分析时间较短、试剂毒性较小、易操作的矿石中金测定方法尤为重要。样品采用王水溶解后,在分液漏斗中,选择试剂毒性较小、价格便宜的乙酸乙酯定量萃取,萃取液直接导入配备有机进样系统的电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES),选择Au I 242.795nm为分析谱线,对矿石中金进行测定,从而建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定矿石中金的方法。采用萃取分离法消除基体元素及共存元素的干扰。通过对萃取酸度、萃取剂、萃取方法、仪器工作条件、分析谱线等条件试验,确定了最优的实验条件。金的质量浓度在0.10~16.00mg/L范围内与其发射强度呈线性,校准曲线线性相关系数为0.9998。金检出限为0.02mg/L。按照实验方法测定5个矿石金标准物质中金,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=10)小于3%;测定值和认定值比较吻合。方法可用于金质量分数在0.25~38.0g/t之间的矿样检测,单个样品的检测时间约4h,可用于批量检测。
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  冷凝式燃气热水器中金属材料的腐蚀原因分析

  郑杰昌,钟振前,刘迎春,谢志利,王慧萍,李环宇

  冶金分析. 2018, 38(10): 34-40.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010491

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  某品牌家用冷凝式燃气热水器,使用期间多次出现错误报警,维修时发现冷凝水箱漏水导致主板损坏,原因是内部壳体和管路发生腐蚀。燃气热水器一旦发生腐蚀和泄漏,则存在危害人身安全的风险。因此研究其腐蚀失效过程、防止类似事件再发生意义重大。实验采用扫描电镜、能谱成分分析、金相显微镜等对某冷凝式燃气热水器的腐蚀微观形态、腐蚀产物成分和微观组织进行了分析。宏观形貌和微观分析表明,热水器在上部烟气排放口和下部进出水孔公螺纹接头两个区域发生了严重腐蚀,腐蚀位置均属于异种金属装配处,且均是电位较低的金属发生腐蚀。能谱成分分析表明,腐蚀产物中含有较高含量的硫和氧,这表明金属在含硫酸根的潮湿腐蚀性介质下发生了电偶腐蚀。金相分析表明,进出水孔公螺纹的材料组织中存在晶界析出相,降低了材料耐蚀性能,使材料发生沿晶腐蚀开裂,断裂的金属呈现掉块状剥落。因此,异种金属连接、燃气燃烧产生的硫化物以及水蒸气凝露是燃气热水器发生上述腐蚀和泄漏的主要原因。建议改进热水器组件所采用的材料,采用单一铝材制造,可以有效消除组件材料的电位差和电偶腐蚀的发生。
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  热镀锌合金化层铁含量对X射线荧光光谱法 测定镀层质量影响的探讨

  王君祥,黄碧芬

  冶金分析. 2018, 38(10): 41-45.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010387

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  采用X射线荧光光谱法(XRF)测定热镀锌合金化镀层时,由于ZnKβ或FeKα特征谱线强度随着合金化层中Fe含量的变化而变化,导致镀层分析结果产生偏差。实验分别用X射线荧光光谱法和重量法进行合金化热镀锌样板的镀层质量检测,验证不同Fe含量变化对X射线荧光光谱法分析镀层质量的影响程度;建立了两种检验方法的差值与Fe含量的回归关系,利用w=(w_Fe-10.81)/0.9960+w＇(其中w为校正后镀层质量;w_Fe为铁含量,%;w＇为校正前X射线荧光光谱法测定的镀层质量)对X射线荧光光谱法测量镀层质量偏差的校正。研究表明:Fe质量分数控制在8%~12%范围内,采用X射线荧光光谱法测量合金化镀层质量能满足精度控制要求,可以接受;w(Fe)＜8%或w(Fe)＞12%时,利用回归方程式理论校正由于Fe含量变化引起的X射线荧光光谱法测量合金化镀层的偏差,提高了分析准确度。对不同Fe含量合金化热镀锌钢板镀层质量的验证结果表明,校正后镀层质量的测定值与重量法测定值一致。
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  pH电位滴定法测定黄芩苷钴(II)配合物的稳定常数

  张换平,田大勇,申艳红

  冶金分析. 2018, 38(10): 46-50.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010368

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  为研究植物对土壤重金属污染进行修复时形成的配合物的稳定性,实验以黄芩苷-钴(II)配合物为例进行探讨。在常温常压下,采用pH电位滴定的方法,对黄芩苷与钴离子生成配合物的稳定常数进行了测定。通过使用氢氧化钾标准溶液对一定溶液体系中的黄芩苷溶液及其与钴离子的混合溶液分别进行滴定,借助自动电位数据采集软件记录其反应过程中溶液pH值变化,用生成函数截距法计算出了黄芩苷-Co(II)配合物的一级和二级稳定常数分别为lgK_CoA1=5.89,lgK_CoA2=5.07。通过对黄芩苷-Co(II)配合物各物种在不同pH值条件下的分布进行分析可知,在pH＞8的环境下,有利于配合物的合成,可为被重金属污染的弱碱性土壤进行修复时采用植物修复技术提供理论依据。
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  便携式X射线荧光光谱仪现场测定 萤石矿伴生锑矿样品中钙

  杨载明,翁申富

  冶金分析. 2018, 38(10): 51-55.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010359

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  便携式X射线荧光光谱仪(PXRF)具有检测速度快、多元素同时测定等优点,已在各种现场检测中得到大量应用。但地质样品矿物伴生类型丰富、基体复杂、各元素之间极易产生干扰,让便携式X射线荧光光谱仪的现场应用受到一定限制。以贵州某萤石矿伴生锑矿区为例,便携式X射线荧光光谱仪现场分析萤石矿伴生锑矿样品中钙,由于仪器应用软件设计不足及仪器能量分辨率所限,样品中元素锑的特征谱线能量叠加在钙元素的特征谱线能量上而使钙的检测结果偏高,实际样品检测发现,偏高程度与样品中锑的含量具有相关性。实验经过回归趋势分析及乘幂方式回归,得出公式y=0.3519x^0.8881(x表示便携式X射线荧光光谱仪测试出锑的含量,y表示受锑影响的假象钙的含量),相关系数R²为0.9992。根据测得的总钙减去假象钙即得实际钙的含量。实际验证15件样品,经校正后的测试结果与室内EDTA滴定法测试结果基本吻合。方法检出限为0.077%,相对标准偏差(RSD)为1.2%,测定范围3%~30%。实验方法很好地解决了该矿区现场对钙元素含量的检测,可快速指导找矿工作圈定矿体,节约了大量成本及时间。
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  微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法 测定脱硝催化剂中13种元素

  王勇,龚厚亮,但娟,陈小毅,刘林

  冶金分析. 2018, 38(10): 56-62.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010418

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  脱硝催化剂中各元素是评估和改善催化剂效能的重要研究对象,准确、快速地测量其中各元素含量,对催化剂性能评价、失活与再生、催化剂中毒等深入研究具有重要意义。采用微波消解在酒石酸-氢氟酸-硝酸体系中消解试样,结合动态背景校正技术,采用基体匹配法消除基体效应,在选定的最佳分析谱线和仪器合适的工作条件下,使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定钒、钨、钼、硅、铝、钙、钡、铁、锰、铬、镁、磷、砷,从而建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定脱硝催化剂中13种元素的分析方法。在各元素线性范围内,校准曲线的线性相关系数均在0.999以上;方法中各元素检出限为0.001%~0.021%(质量分数)。实验方法用于测定脱硝催化剂样品中钒、钨、钼、硅、铝、钙、钡、铁、锰、铬、镁、磷、砷,结果的相对标准偏差(RSD,n=7)均小于2.0%,加标回收率在94%~103%之间。按照实验方法测定3个脱硝催化剂样品中13种元素,同时采用其他方法进行比对(其中钼、钨、硅、钒、铝、钡、钙采用国家标准GB/T 31590—2015 X射线荧光光谱法测定;镁、铁、铬、磷、锰、砷采用国家标准GB/T 34701—2017电感耦合等离子体原子发射光谱法测定),测定结果相符合。
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  淬火温度对马氏体/铁素体双相钢组织性能的影响

  陈庆

  冶金分析. 2018, 38(10): 63-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010417

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  双相钢具有优异的力学性能,而马氏体/铁素体的含量对其性能具有重要影响。通过实验调节淬火温度制备了不同马氏体体积分数的双相钢,采用金相显微镜对马氏体/铁素体组织形貌及分布进行了定性观察;其次利用电子背散射衍射技术(EBSD)并结合高斯拟合,发现马氏体/铁素体衍射花样衬度呈双峰分布,据此对钢中马氏体体积分数进行了定量统计。结果表明:淬火温度为730℃时,马氏体体积分数仅为19.09%。随淬火温度增加,双相钢中马氏体含量提高;于790℃淬火时,马氏体体积分数达到30.96%,提高了62%。此外,对试验双相钢力学性能进行对比分析发现:随淬火温度升高,双相钢的抗拉强度明显提高,屈服强度也呈上升趋势,这主要与马氏体含量增加有关;而双相钢延伸率显著降低,这主要是由于铁素体含量减少,且形貌由利于变形的针状转变为多边形所致。
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  制样方法对钢铁材料纳米压痕测试的影响

  张珂,董登超

  冶金分析. 2018, 38(10): 68-75.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010343

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  为了研究制样方法对钢铁材料纳米压痕试验结果的影响,选取单相、多相、低碳、中碳和高碳等不同类型的钢种,分别进行了纳米压痕样品制备参数的探索。利用机械磨抛和电解抛光设备进行了样品表面抛光处理,比较了氧化物机械抛光及不同参数的电解抛光对样品表面状态的影响,通过真彩共聚焦扫描显微镜定量测定了样品表面粗糙度。随后,为检验样品制备的效果,利用纳米压痕仪分别测试了两种抛光方式得到的不同组织的纳米硬度和弹性模量。结果表明,氧化物机械抛光适合制备单相且试验压入深度超过500nm的样品;电解抛光能有效避免表面硬化层,在参数适当的条件下,既可以满足测试标准的要求,又可以进行多相区分,但是,电解参数不当时会导致组织假象,严重影响测试结果的准确性。同时,对制样效果的评价应考虑试验曲线的稳定性而不仅仅注重抛光样品的平均表面粗糙度。最后,给出了适用于低碳钢W1300、中碳钢SWRCH35K和高碳钢SWRH82B的电解抛光参数,可为类似钢铁材料纳米压痕测试样品的制备提供参考和借鉴。
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  超声萃取-硝酸汞滴定法测定石英砂岩中氯离子

  徐卫东,徐啸川,潘成辰,刘智文,孙荣

  冶金分析. 2018, 38(10): 76-79.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.010295

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  鉴于硝酸银滴定法测定岩石矿样中氯离子的前处理方式一般采取去离子水浸泡、振荡萃取、过滤等,操作手续冗长,易污染,难过滤的特点,实验研究了超声萃取-硝酸汞滴定法测定石英砂岩中氯离子的方法。即通过对国家标准岩石样品GBW07106进行超声萃取、静置、然后离心分离,用硝酸汞滴定法测定离心液中的氯离子含量,进而计算出石英砂岩中的氯含量。通过试验确定了对样品进行超声萃取2h、以硫酸铝钾为萃取剂、萃取时间为30min和离心分离时间为10min的前处理方案。对大于10mg/L铬酸盐和大于140mg/L Fe³⁺对Cl^-测定的干扰,可加入2mL 100g/L对苯二酚溶液消除;对大于10mg/L硫化物和亚硫酸盐的干扰,可先用氢氧化钠调节溶液至弱碱性,然后加入1mL 30%过氧化氢摇匀,再加热除去剩余过氧化氢的方法消除其对Cl^-测定的干扰。采用实验方法对石英砂岩进行测定,结果的相对标准偏差(RSD,n=5)为5.5%和6.2%,回收率为97%~103%。