[发明专利]一种测定核级锆材中氢元素含量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及核级锆材分析技术领域，具体涉及一种测定核级锆材中氢元素含量的方法。

背景技术

核级锆材中所含的气体元素H主要来源于冶炼过程中的水分和潮湿的空气，并且氢含量是核级锆材的性能起着至关重要的作用。因此，对于核级锆材来说，H气体含量是必须检测的项目，所以要对其分析方法进行研究。目前对金属中氢的测量方法有真空熔融法、真空加热法和化学湿法等。然而，由于真空熔融法和真空加热法需要采用真空系统，成本高、操作较为复杂且分析周期长，而化学湿法分析更加复杂难以撑握，分析周期更长。因此，需要一种能够有效地对核级锆材中的气体元素H进行快速准确分析的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测定核级锆材中氢元素含量的方法，克服已有测量方法的不足，满足核级锆材实际检测的需求。

本发明包括下述步骤：

步骤1：将核级锆材切割成质量为0.1g～0.3g的固体试样；

步骤2：首先对固体试样酸洗5～30s，去除其表面的富氧层以及机加过程吸附的氢或其他气体元素；然后使用丙酮对酸洗后的试样进行清洗10s～50s，接着放入烘箱在50～60℃烘干，去除试样表面沾污层，保证试样的干净；所述酸洗液配方为40～50ml HNO₃+5～10ml HF+50～60ml H₂O；

步骤3：将经步骤2预处理后的试样放入定氢仪中，用定氢仪测定出固体试样中的氢含量；所述定氢仪使用石墨套锅作为容器；所述石墨套锅由内坩埚和外坩埚套在一起构成，内坩埚位于外坩埚内中部，且内坩埚和外坩埚均由高纯石墨制成。

其中，在测定固体试样中的氢含量之前，对助熔剂、石墨坩埚和定氢仪的空白值进行测定。

所述助熔剂为0.5～1.5g金属锡。

进一步，在对助熔剂、石墨坩埚和定氢仪的空白值进行测定之后，用锆基标准参考物质对定氢仪进行校准，然后再用定氢仪测定固体试样中的氢含量。

所述定氢仪操作参数为：分析时间20～60s，吹扫时间10～30s，排气时间10～30s，脱气功率5500～5000w，分析功率5000～4600w。

本发明具有的优点和效果：

1、锆的熔点为1852度，而钛的熔点为1668度，两者相差174度。本发明采用熔融法将样品熔化，如果样品没有完全熔化，将会导致试样中的氢元素不能完全释放出来，导致测定结果偏离真实值。所以采用钛的分析方法，只能保证钛的样品完全释放，而不能保证锆基试样中的氢完全释放。而本发明采用锆基标准物质做标准曲线，保证了基体匹配，确保试样中的氢完全释放出来。

2、试样在机加过程中，由于温度升高，会导致试样表面吸附氧和其他气体元素，而且由于使用冷却剂，会导致试样表面被污染。这都会极大影响试样的检测结果。使用酸洗，能够去除表面的富氧层和机加过程吸附的氢或其他气体元素。使用丙酮，能够去除冷却剂等有机物在试样表面存留，能最大程度保证试样的干净。从而能够确保分析结果的准确性。

3、选择套坩埚的原因是由石墨本身的晶体结构决定的。对于石墨坩埚，最佳的热效应的位置是在其中部，而内坩埚正好位于外坩埚的中部。当试样熔融，需要吸收大量的热，会造成内坩埚温度的降低；但是外坩埚的网状晶体结构，形成了一层保温层，对内坩埚有一定的恒温效果，使得试样中的氢释放完全。因此采用套坩埚进行分析，能够提高分析结果的准确性。

4、本发明通过助熔剂选择、分析/脱气功率的优化，以纯锆试样（氢认定值：0.00015%～0.00019%）建立标准曲线，从而能够确保分析结果的准确性。

具体实施方式

本发明采用惰性气体熔融红外法测定核级锆材中氢元素含量。本发明实施例采用美国LECO公司生产的RH600或RH836定氢仪。将制备好的试样置于加样口内，并将其投入经脱气（脱气即除去石墨坩埚吸附的空气和水蒸气等气体）的石墨坩埚中，使试样在流动的惰性气体中高温熔融析出气体，使析出的氢气与空气反应生成水蒸气，通过红外池检测，从而计算出核级锆材中的氢含量。

具体包括如下步骤：

步骤1：将核级锆材切割成质量为0.1g～0.3g的固体试样，固体试样的形状大小以能够放入石墨坩埚为宜。具体将试样切割成适当大小的2～4个块状，其长度约为2mm～5mm，宽度为2mm～3mm，总重量为0.1g～0.3g。