脉冲加热-红外吸收光谱法测定钒铝合金中氢

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Determination of Hydrogen in Vanadium-Aluminum Alloy byPulse Heating-Infrared Absorption M ethodZHONG Hua(Pangang Group Research Institute Co.，Ltd.，State Key Laboratory of Vanadium andTitanium Resources Comprehensive Utilization，Panzhihua，Sichuan 617000，China)Abstract An analysis method for determination of hydrogen in vanadium-aluminum aloy by pulse heating-infrared absorption spectroscopy was investigated. Through experiments，the test conditions for analysispower，sample weight and calibration samples were studied. The experimental results showed that thehydrogen in the vanadium-aluminum alloy was easy to release.The analytical results for A1V85 sample byheat extraction method were consistent with that by melting method.However，the analytical results forA1VS 0 sample by heat extraction method were slightly higher than that by melting method， SO heatextraction method was chosen for the determination of hydrogen in the vanadium alloy. By the heatextraction method with 0.7 5 g metal tin as flux，the hydrogen calibration curve was obtained under4.0 kW analysis power using titanium standard samples，and the correction factor was calculated.Under1.5 kW analysis power，results were consistent with that by high frequency inductive-thermal conductivitymethod (5 gram steel standard samples was used to calibrate hydrogen). Hydrogen contents in Threevanadium-aluminum alloy samples were determined and the relative standard deviations( - 8)were in therange of 2.2 ～ 6.5 。

Keywords pulse heating；infrared absorption method；vanadium-aluminum alloy；hydrogen收稿 日期 ：2012-12-09 修回 日期 ：2013-O1-13作者简介 ：钟华，男，高级工程师，主要从事材料中气体元素分析工作。E-Mail：zhonghuapg###126.c0m第 2期 钟 华：脉冲加热-红外吸收光谱法测定钒铝合金中氢 570 前言钒铝合金主要用于冶炼钛合金和特殊高温合金。虽然 国内标准[1 未对 产 品中氢含量作具 体要求，但对于高品质宇航级钒铝合金产品的研发，氢含量则是-项重要考核指标 ，因此 ，准确测定钒铝合金中氢含量具有重要意义 。

钒铝合金中钒的质量分数在 4O ～9O ，余量主要为铝。钒属高熔点金属，熔 点(1 890±10)℃，易吸收氢生成氢化物，氢在钒中的溶解度随温度的增高而减少l2 ；铝也能吸收氢，但其溶解度随温度的增加而增大l3]。目前 ，金属钒和钒 铝合金 中氢 的测定方法鲜见报道；测定铝中低含量氢(O.1～2 g/g)的文献报道较多 ，铝 的熔点低 、蒸汽压高 ，方法主要采用低温熔化法Ⅲ46]。采用脉冲加热-红外吸收法测定氢，通过大量试验，选取了最佳的分析条件，实现了钒铝合金中氢的快速、准确测定。方法已用于实际科研、生产检验，效果良好。

1 实验部分1.1 主要仪器与试剂TCH600氧氮氢分析仪(美国 LECO公司，高纯氦作载气，流量为 450 mL/min；仪器常规条件：脱气功率 5.5 kW，两次脱气时间 30 S；氢最小分析时间 70 S，比较器水平 1 )。赛多利斯 BP121S电子天平(灵敏度 0.1 mg)。

锡片(0.5 g/片)，石墨套坩埚。钛中氢校正标样；AlV50、A1V85钒铝合金样品(把 1O～20 mm的大块样品破碎至 2～4 mm，经丙酮清洗，冷风吹干，放入干燥器备用)。

1.2 实验方法分析试样前先测定系统氢空 白值 ，并进行空 白补偿。分别称取-定量的标准样品和实际样品，置于仪器进样器中，按仪器说明书进行自动投样分析。用标准样品的结果确定仪器工作曲线的校正系数，钒铝合金样品中氢量则按该校正系数自动计算得到。

2 结果与讨论2.1 分析功率加热温度是影响样品中氢释放的主要 因素 ，试验采用分析功率模式来控制电极炉内石墨坩埚的加热温度。钒铝合金的熔点随钒含量的增加而增高，约在 1 370～1 870℃，实验选取两个熔点差别较大的钒铝合金样品(A1V50、A1V85)进行分析功率实验。称取约 0.50 g样品，采用程序升温方式测定氢，功率变化范围为 0.2～4.0 kW♂果表明：在2.0 kW 左右时，两个样品 中大部分 的氢 已释放 ，在此功率范围内并没有达到样 品的熔点 ；对应氧释放的情 况 ，AlV5O在 2.5 kw 时 熔 化 ，A1V85则 在3.0 kW。采用恒定功率加热方式测定氢，功率变化范围为 1.5～4.5 kW ，测定结果见图 1。

， 3、 m确《I丽图 1 不 同功率下钒铝合金 中氢 的分析结 果(n2)Figure 1 The analysis results of hydrogen in thevanadium-aluminum aloy under different powers。

从图 1可见，不同分析功率条件下，氢测定结果基本-致，说明钒铝合金中的氢较易释放，可采用热提韧熔融 两种方式释放样 品 中氢。实验 现象表明 ，AlV85在 3.0 kW 时熔化 ，A1V50则在 2.5 kW时熔化；高功率分析时，A1V50的熔体出现轻微的喷溅现象 。

2.2 样品与标准样品氢释放的-致性实验使用的方法是-种相对测量法，由于没有钒铝合金测定氢的标准样品，因此只能用其它标准样品校正仪器。根据钒铝合金的氢含量水平，用钛中氢标准样品作校正。通常用锡作助熔剂的方法测定钛中氢L7]，为使钒铝合金和钛标样的氢释放率达到-致，特进行了锡助熔剂实验。先将不同重量的金属锡放人石墨坩埚中与坩埚-起进行脱气，再 自动投样测定。钒铝合金的样品量为0.500 g，钛标准样品为 0.250 g，于 4.0 kW 进行测定 ，氢 的测定结果见 图 2。

从图 2可见 ，锡助熔剂对 AlV85样品氢结果的影响不大；对于 A1V50样品，使用锡助熔剂后，样品喷溅较严重，测定结果偏低；锡助熔剂有利于钛中氢的释放 ，加入 0.5～1.0 g锡 ，氢测定结果-致 。综上所述，采用熔融法测定钒铝合金中氢量时，不必加入锡助熔剂；在 4.0 kw 测定钛标准样品中氢时，需加入锡助熔剂，实验中采用 0.75 g用量。

58 中国无机分析化学 2013焦望咖《m趣丽O.O 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2Sn/g图 2 不 同锡 量下钒铝合金和钛 中氢 的分析结果 (n4)Figure 2 The analysis results of hydrogen in thevanadium-alum inum alloy and in titaniumusing different amount of tin。

2.3 热提取法与熔融法结果比较称取不同质量的样品，分别采用热提取法(功率为 1.5 kw)和熔融法(功率为 4.0 kw)进行测定，结果见表 1。

从表 1结果可见，AIV50样品热提取法的结果略高于熔融法，这可能与其熔体轻微喷溅现象有关；对于 A1V85样品，两种方法的结果-致。为便于操作，研究中采用热提取法测定钒铝合金中氢，样品量为0.50 g；仪器校正系数用钛标样在 4.0 kW，0.75 g锡助熔剂条件下的测定值确定。

2.4 空白试验分析系统的氢空白主要来源于石墨坩埚。为获得低而稳定的空白值，实验采用 5.5 kW 功率高温脱气方法，时间为 30 S。手动输入 0.500 0 g样品量 ，氢空 白测定结果见表 2。

表 1 热提取法与熔融法结果比较Table 1 Result comparison of the heat extraction and the melting methods /( g·g )样品 样品量/g 热提取法 熔融法测定值 平均值 测定值 平均值4.34.74.7Z4.728.O27.64.14.33.924.227.227.8表 2 氢 空白值Table 2 Blank values of hydrogen /(pg·g )测定值 平均值 标准偏差 SD从表 2可见，氢空白值为 0.09 9g/g，11次测定的标准偏差为 0.03 g/g。按 1O倍标准偏差计算得到氢的检测下限为 0.3/zg/g，完全满足要求。

2.5 方法精密度与准确度实验按确定的分析条件，对 3个钒铝合金样品中的氢量连续测定 了 8次。Alv50样 品结果 用钛 中氢标样[(21.1±3.4)/g/g，样品量为 0.25 g]校正；A1V85样品结果用钛中氢标样E(74.9±6.5)/zg/g，样品量为 0.20 g-1校正，结果见表 3。

从表 3可见，方法的精密度良好，RSD不低于8 ，完全能满足钒铝合金中氢的测定要求。为证明方法的准确性，根据钒铝合金中氢易释放的特点，使用美国 LECO公司的 RH402测氢仪，采用钢中氢的高频感应-热导法测定了表 3中 3个钒铝合金样品中的氢量，样品量为 0.50 g，使用的校正样为 5 g的钢中氢标准样品(5.93±0.36)/g/g。对比结果见表 4。

表 3 精密度实验结果Table 3 Results of precision tests /( g·g )从表 4中结果可见，虽然两种方法使用的校正标样不同，但氢的测定结果-致，说明脉冲加热-红外吸收法的结果可靠。

弘就∞船 盟∞墙第 2期 钟 华：脉冲加热-红外吸收光谱法测定钒铝合金中氢 593 结论应用氧氮氢分析仪，研究了钒铝合金中氢的释放特点♂果表明，钒铝合金中的氢在高温条件下易释放 ，AlV85样 品 中氢 ，热提取法 和熔融法 结果- 致 ；AlV5O样 品热提取 法的结果 略高于熔融法 ，因此研究采用热提取法测定钒铝合金中氢量 。通过对分析功率、样品量等实验，确定了脉冲加热-红外吸收法测定钒铝合金中氢量的最佳分析条件，并建立了相应的分析方法。方法的精密度良好，结果准确可靠。