寶雞鈦中間合金廠家談海洋工程材料用鈦的化學(xué)成分快速分析技術(shù)

鐵基、鈦基、鎳基、錫基等多種基體海洋工程材料在船舶、海洋平臺、兵器、裝備等上應(yīng)用廣泛，其成分嚴重影響其性能，對海洋工程材料化學(xué)成分進行準確、快速的分析是保證海洋工程材料質(zhì)量和性能的前提和基礎(chǔ)，為材質(zhì)研發(fā)和生產(chǎn)控制提供重要的參考及質(zhì)量控制依據(jù)。目前國家標準、行業(yè)標準及期刊上的海洋工程材料分析方法有 ：容量法、光度法、重量法、原子吸收法、氫化物發(fā)生 - 原子熒光光譜法、X 射線熒光光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、輝光放電質(zhì)譜法、真空直讀光譜法和 ICP-AES 法等，這些方法中有分析速度較慢的方法，也有分析速度較快的方法，分析速度較慢的方法存在步驟繁瑣、分析時間長、工作量大、一個元素一個方法的問題，分析快速的方法存在分析范圍滿足不了一些材料成分分析要求的問題，現(xiàn)有分析方法無法滿足材料研發(fā)和生產(chǎn)對檢測范圍及快速分析的要求。

應(yīng)生產(chǎn)及科研所需，中國船舶重工集團公司第七二五研究所在“十五”期間成功申報了國防科技工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)科研項目對 JC 用金屬材料中微痕量元素分析方法進行了大量的試驗和系統(tǒng)的分析技術(shù)研究，2010 年6 月又獲科技創(chuàng)新課題《化學(xué)測試新方法研究》進行海洋工程材料化學(xué)分析技術(shù)研究，旨在解決海洋工程材料現(xiàn)有的測試方法步驟多、周期長、工作量大、未見有多元素同時測定的 ICP-AES 法等快速分析問題，建立鐵基、鈦基、鎳基、錫基等多種基體海洋工程材料的快速分析方法，建立船體鋼、海綿鈦、鈦合金、鎳基合金、錫基巴氏合金、鋁鉬合金、含氧化錫納米粉等海洋工程材料的 ICP-AES 法或原子熒光光譜法或石墨爐原子吸收法等，并將其申請專利、發(fā)表論文，使上述海洋工程材料成分的快速分析有方法可用，實現(xiàn)從無到有的技術(shù)突破，滿足材料研究和分析測試技術(shù)快速發(fā)展的需要。

1、主要技術(shù)指標

建立海洋工程材料的 ICP-AES 法、原子熒光光譜法、石墨爐原子吸光譜法等快速分析方法 ；適用于鐵基、鈦基、鎳基、錫基等多種基體海洋工程材料的多元素同時或單元素獨立測定；可應(yīng)用于船體鋼、海綿鈦、鈦合金、鎳基合金、錫基巴氏合金、鋁鉬合金、含氧化錫納米粉等海洋工程材料的化學(xué)成分分析。

2、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)明點

2.1 發(fā)展了復(fù)雜基體樣品預(yù)處理技術(shù)，針對不同基體材料，確定了不同的試樣處理方法。解決了鎳基合金、氧化錫納米粉等樣品難溶解、部分元素易水解等難題。

2.2 研究并建立了 16 項方法，建立了鐵、鈦、鎳、錫基等多種基體海洋工程材料的 ICP-AES 法，這些方法的發(fā)明和建立，實現(xiàn)了從無到有的突破，解決了高低含量不同組分難以同時測定的難題，實現(xiàn)了高低含量不同元素的同時測定，解決了之前一個元素一個方法、存在的步驟多、周期長、勞動強度大、需要試劑種類多、用量大等問題，顯著提高了檢測準確度與效率。

2.3 建立了共存元素的光譜干擾消除技術(shù)，降低了檢出限，提高了一些材料的分析上限，擴展了分析方法的檢測范圍，檢測范圍比現(xiàn)有標準或方法更寬，更具優(yōu)越性，解決了不同基體海工材料合金元素多、干擾嚴重、微痕量元素難以測定的難題，解決了現(xiàn)有方法或標準無法測定一些海工材料化學(xué)成分的難題。鈦合金中砷銻鋅鋇鎂等元素的檢測下限優(yōu)于國內(nèi)外現(xiàn)行同類標準方法 ,填補了現(xiàn)有國際分析方法的空白。

2.4 該成果主要發(fā)明點

（1）發(fā)明了一種用于海綿鈦中鋇百分含量的測定方法[1] ，解決了目前國標、ASTM 標準等標準中及相關(guān)期刊報道上均未見有海綿鈦中鋇含量測定的方法問題，為劃分海綿鈦的質(zhì)量等級提供依據(jù)。

（2）發(fā)明了一種同時測定海綿鈦中九種雜質(zhì)元素百分含量的分析方法[2] ，解決了目前國標和美標均未有海綿鈦中砷、銻、鋅的分析方法、現(xiàn)有海綿鈦中雜質(zhì)元素分析標準的分析范圍不能滿足海綿鈦中微痕量雜質(zhì)元素分析的需求問題，解決了現(xiàn)有的分析方法需對每個元素分別測定，存在步驟多、分析周期長、分析速度慢等問題。為海綿鈦加工和產(chǎn)品級別評判提供嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)支撐。

（3）發(fā)明了一種鋁鉬合金中化學(xué)成分快速分析的方法[3] ，解決了目前未見有鋁鉬合金中鋁鉬鐵硅同時測定的快速分析方法問題，填補國際空白。

（4）發(fā)明了一種含氧化錫納米粉中雜質(zhì)元素分析方法[4] ，解決了含氧化錫納米粉難以溶解、制備成溶液后又易水解、測試背景值高、上機測定儀器易熄火等技術(shù)難題，解決了目前未見有含氧化錫納米粉中鐵、硅等雜質(zhì)元素測定的相關(guān)國家標準或行業(yè)標準或相關(guān)研究報道、沒有現(xiàn)成的分析方法問題。

（5）發(fā)明了一種船體鋼中微痕量碲的氫化物 - 原子熒光光譜快速測定方法[5] ，解決了現(xiàn)有分析快速的方法檢測下限較高、檢測下限低的方法過程繁瑣的問題，使得船體鋼中微痕量碲的分析簡單快速準確，解決了國內(nèi)尚無原子熒光光譜法測定船體鋼中碲的方法標準問題。

（6）發(fā)明了一種原子熒光光譜法快速測定船體鋼中微痕量錫的檢測方法[6] ，解決了現(xiàn)有標準方法操作手續(xù)煩瑣、不易掌握、目前未見有船體鋼中微痕量錫的氫化物發(fā)生原子熒光光譜法問題，填補船體鋼中微痕量錫現(xiàn)有測試方法的空白。

（7）發(fā)明了一種石墨爐原子吸收法對船體鋼中微痕量鉛的快速檢測方法[7] ，解決了現(xiàn)有測試方法或者靈敏度低、或者過程煩瑣、時間冗長、重現(xiàn)性差、受基體影響大、未見有船體鋼中微痕量鉛的石墨爐原子吸收法的。

2.5 除發(fā)明了上述專利方法外，還研究建立了海洋工程材料化學(xué)成分的 ICP-AES 法建立了船體鋼中硼的 ICP-AES 法[8] 、鋯的 ICP-AES 法和砷、錫、銻的 ICP-AES 法

[9] ；建立了海綿鈦中鐵、硅、錳、鎂的 ICP-AES 法[10] ；建立了鈦合金中鉬、鋯、鈮的 ICP-AES 法[11] 、硼的 ICP-AES 法 [12] 和鐵、硅、鋁、釩的 ICP-AES 法 ；建立了鎳基合金中硅的 ICP-AES 測定方法[13] ；建立了錫基巴氏合金中銻和銅的 ICP-AES 法。

3 、實施效果

（1）成果在集團公司已進行應(yīng)用。在我們所各研究室、各課題組、特裝、萬基鈦業(yè)、精鑄鈦業(yè)等子公司及船廠等單位都有應(yīng)用，已應(yīng)用于多個軍工科研項目及日常測試。

（2）應(yīng)用效果好，效益顯著。成果的應(yīng)用使材料成分分析由原來化學(xué)方法的 3 ～ 8 天到目前 1 天內(nèi)完成，極大提高了工作效率 ；降低了成本。之前分析方法采用滴定法、重量法等，使用化學(xué)試劑種類多、用量大，而現(xiàn)在改為成果方法后，使用試劑種類少、用量小，降低了成本。

而且，分析速度提高了，還可減少個樣分析的工資成本支出 ；測試結(jié)果準確。過去一個元素的測定方法多達一二十步，出錯幾率大。該成果步驟少，僅三步，稱樣 - 溶樣 -測試，引入誤差的幾率也少。成果應(yīng)用可節(jié)能降耗提高功效，成果應(yīng)用取得的經(jīng)濟效益顯著，應(yīng)用效果良好。

（3）推廣應(yīng)用價值大且已推廣。成果技術(shù)具有普適性，彌補了原檢測標準和方法的不足，填補了現(xiàn)有國際標準的空白，更具推廣應(yīng)用價值和市場競爭力。該成果已應(yīng)用于多家海洋工程材料研制、生產(chǎn)、應(yīng)用、檢測單位。

成果的應(yīng)用有助于引導(dǎo)分析測試行業(yè)技術(shù)進步，規(guī)范材料檢測行為，保障材料質(zhì)量和性能，潛在效益大。

（4）未來應(yīng)用。目前該成果方法主要用于海洋工程材料的分析測試領(lǐng)域，該分析技術(shù)未使用有毒試劑，不僅分析快速數(shù)據(jù)準確，而且還安全環(huán)保，也可推廣應(yīng)用到航空航天、石油化工、煤炭地質(zhì)等其他領(lǐng)域，未來應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻

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[2] 杜米芳 . 一種鋁鉬合金中化學(xué)成分的分析方法 ：201310459456.X[P].

[3] 杜米芳，高靈清，張斌彬 . 一種同時測定海綿鈦中九種雜質(zhì)元素百分含量的分析方法 ：201310305393.2[P].

[4] 杜米芳，高靈清，杜麗麗 . 含氧化錫納米粉中雜質(zhì)元素分析方法 ：201210465301.2[P].

[5] 杜米芳，高靈清，李治亞 . 船體鋼中微痕量碲的氫化物－原子熒光光譜快速測定方法 ：200710054829.X[P].

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[13] 杜米芳 . 微波消解 - 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鎳基合金中硅 [J]. 冶金分析，2017，37(4):71-75.