[发明专利]钛金属类样品溶液的制备方法以及利用其的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属钛、海绵钛、钛合金、钛铁等钛金属类系列产品的检测 分析领域，具体地讲，本发明涉及一种检测金属钛、海绵钛、钛合金、钛铁 等产品中杂质元素含量时，制备检测分析所用样品溶液的方法。

背景技术

在金属钛、海绵钛、钛合金、钛铁等产品中，杂质元素的含量水平决定 了产品的内在品质并且是后续材料、设备制造等原料选材的关键技术指标之 一。为保证、监控和提高产品质量及指导生产工艺，必须对产品中所含杂质 元素进行准确的定量检测分析。

我国钛铁化学分析方法国家标准(GB4701-84)包括：铜试剂光度法测 定铜量(GB4701.3-84)、过硫酸盐-亚砷酸盐容量法测定锰量(GB4701.4-84)、 高碘酸盐光度法测定锰量(GB4701.5-84)、8-羟基喹啉容量法测定铝量 (GB4701.6-84)、钼蓝分光光度法测定磷量(GB4701.7-84)等系列分析方法， 测定每个元素的样品溶液的制备方法均不尽相同，多是以硫酸、盐酸、硝酸 或过氧化氢、硼酸等消解，然后冒浓硫酸烟并结合以氢氧化钠的方式制备样 品溶液。

美国ASTM、前苏联FOCT、日本JIS以及我国航空工业部等制定的钛合 金分析方法，多以重量法、容量法、库仑法和分光光度法等传统检测技术为 主，操作繁锁、周期长。目前，运用现代仪器分析方法对样品中杂质元素进 行检测分析是全世界的趋势和发展方向，金属钛、海绵钛、钛铁、钛材、钛 合金等高钛基体样品的消解是分析检验中一个需要解决的重要难点。

原航空工业部部颁的《钛及钛合金标准分析方法》技术要点中指出：因 为硝酸、王水、高氯酸等氧化性酸在钛表面产生钝化作用故一般不使用，所 以通常使用氢氟酸-硫酸-盐酸、硫酸-氟硼酸、盐酸-氟硼酸等消解金属 钛、钛合金等样品。然而，此类消解方法仅适用于容量法、光度法等传统化 学分析方法进行单元素、低效率、低精度的测定，因存在缺陷较多，不适用 于现代仪器分析方法。具体的缺陷为：①硫酸用量大，样品溶液密度大、粘 度大、酸度高，基体效应严重，样品溶液传输速率以及雾化效果降低，影响 ICP-AES或AAS仪器测定；②溶液中残余的HF或F^-严重腐蚀分析仪器上石 英玻璃、不锈钢或石墨管等部件，以硼酸络合F^-则大大增加了试液的盐类浓 度，不符合分析仪器要求；③以冒硫酸烟方法驱赶氢氟酸时，由于硫酸沸点 为340℃，反应温度高，金属盐类沉淀较多，极易飞溅，不仅容易伤及操作 人员，而且导致检测结果偏低不准确；④冒硫酸烟至溶液近干的实际控制尺 度不易掌握，易导致高浓度钛基水解；⑤高温消解时间长，延长了整个检测 周期，也大大缩短了聚四氟乙烯烧杯(使用温度240℃)的使用寿命；⑥为 避免钛基水解，溶液需保持较高酸度，一般用15mL以上的浓盐酸溶解冒烟 后的盐类沉淀，酸度效应、试剂空白的影响均增大。

又如我国航空行业标准(HB7716.13-2002)：钛合金化学成分光谱分析方 法第13部分：电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铝、铜、钼、锰、钕、 锡、钒、锆含量。其样品消解方法为以20mL(1+1)硫酸低温溶解样品，试 验表明应用存在局限性，钛合金种类多，此方法仅对部分样品有效，许多样 品消解不完全；而且10％浓度的硫酸对ICP-AES等测定影响因素较多。

再如，国际标准ISO/CD 22962：钛及钛合金-铁的测定-ICP原子发射 光谱法。采用两种不同方式溶解样品：

①以50mL(1+1)硝酸和10mL(1+1)氢氟酸在水浴中加热分解试样， 然后加热煮沸除去氮的氧化物、定容，缺点是此法制备的样品溶液中含有较 高浓度氢氟酸，不能分析仪器使用普通常用的部件，而是要求分析仪器使用 防腐性能强，能抵抗氢氟酸的部件；

②以20mL(1+1)硫酸，4mL(1+1)氢氟酸消解，并加热至冒白烟5 分钟，冷却后以水冲洗容器，再加热冒浓白烟2～3分钟，冷却后加20mL(1+1) 盐酸和水溶解湿盐。此法的缺点是试剂用量大，硫酸浓度高，冒烟操作不易 掌握，同样对ICP-AES等测定影响因素多。

尤其需要着重指出的是，在该标准中也特别注明，强调残余硫酸会影响 发射强度，建议注意残余硫酸的体积要一致，但此建议可操作性较差。