火花源原子发射光谱法测定合金钢中氮

火花源原子发射光谱法测定合金钢中氮
雷宏田;乔云双;王静
【摘要】以待测金属试样为阴极、钨电极为阳极,通过火花源放电使待测金属试样表面组分受热蒸发,蒸气在放电间隙被原子化和激发,激发后产生特征光谱,用QSN750(Ⅱ)光电直读光谱仪测定合金钢中氮含量.对氨气流量、冲洗时间、预燃时间、积分时间、共存元素、铁基体影响及消除、工作曲线等进行了探讨.结果表明:中、低合金钢中氮的测定范围为0.005％～0.045％,高合金钢中氮的测定范围为0.010％～0.15％;用标准样品分析,氮元素相对标准偏差(n=6)均＜5％;与化学分析方法对比,火花源原子发射光谱法测定合金钢中氮的再现性符合《GB/T 223.36-1994钢铁及合金化学分析方法蒸馏分离-中和滴定法测定氮量》.
【期刊名称】《汽车工艺与材料》
【年(卷),期】2016(000)003
【总页数】3页(P60-62)
【关键词】火花源原子发射光谱法;合金钢;氮
【作者】雷宏田;乔云双;王静
【作者单位】中国第一汽车股份有限公司技术中心,长春130011;中国第一汽车股份有限公司技术中心,长春130011;中国第一汽车股份有限公司技术中心,长春130011
【正文语种】中文
【中图分类】O657.3
氮是一种有害的杂质元素。

含量较高时，导致钢的宏观组织疏松，甚至形成气泡，使钢的韧性下降、硬度增加，同时也产生蓝脆现象，因此控制钢中氮的含量非常必要。

目前常用的仪器分析法为惰性气体熔融热导法，但该方法对制样要求很高，而且操作不方便。

火花源原子发射光谱法[1-3]测定合金钢中氮这一新技术解决了氮
含量测定制样难的问题，还可以同时测定其它元素，具有提高工作效率、降低成本等优点。

a.QSN750（Ⅱ）光电直读光谱仪：德国OBLF公司；
b.氩气：纯度为99.999%；
c.合金钢标准样品：德国OBLF公司系列标准样品；
d.定距规：分析间隙4mm；
e.钨电极：Φ6mm，顶端为90°的圆锥钨棒；
f.砂轮机：附有粒度为0.420mm的
氧化铝砂轮片。

分析条件见表1，内标线与分析线的波长见表2。

用砂轮机处理表1中试样的分析表面，使之满足平整、纹理一致、干燥、无气孔、无裂纹和无污染的要求；将试样置于光电直读光谱仪中激发台的激发孔上，并将激发孔完全覆盖，在光谱仪工作条件下，用光谱仪中的火花源激发试样、进行测定。

2.1.1 氩气流量的选择
试样在空气中被激发时产生的大量金属蒸气容易污染聚光镜和火花室，也会影响分析精度。

为避免空气的影响，激发过程要在氩气中进行。

氩气流量＜11L/min时，不能排除由火花室中的空气和试样被激发分解出来的氧引起扩散放电的可能性；氩气流量大于＞13L/min时，用于排除火花室内空气的侧吹气路装置使得激发样品
的火花产生跳动，相对光谱强度值不稳。

试验表明：氩气流量为12L/min时相对
谱线强度适合且稳定，氮分析结果的重现性好。

2.1.2 冲洗时间、预燃时间和积分时间的选择
2.1.2.1 冲洗时间
用一定流量的氩气冲洗火花室内的空气。

冲洗时间短，驱不净火花室的空气，影响测量结果；冲洗时间过长，则无疑是一种浪费。

试验结果表明：冲洗3s时，试样表面对氮气、氧气及水的平均吸收量最小，相对谱线强度最高，分析结果的准确度高。

2.1.2.2 预燃时间
试样在充有氩气的火花室中被激发，必须要经过一段时间（预燃时间）后才能达到稳定放电状态，即各元素的相对光谱强度才能趋于稳定。

试验表明：预燃时间＜13s，火花室残存有很少量空气，使得试样放电不稳定；选择预燃时间13s，能确保试样放电稳定且激发完全，相对光谱强度稳定，分析结果准确可靠。

2.1.2.3 积分时间
积分的过程是光电流向积分电容充电的过程。

试验表明：选择积分时间5s，能保证氮元素分析重现性好、准确度高，还能使光电倍增管获得足够的光强信号，减少对光电倍增管的损害。

考察了含铁量分别为99%、98%、97%、93%、91%和90%的合金钢标准样品对氮分析结果的影响。

结果表明：铁元素质量分数变化超过9%，铁基体影响氮元素的测定。

铁基体的校正方法采用相对含量法，由计算机软件自动消除。

考察了4个铁含量（98%、97%、93%和91%）相近而共存元素含量不同的标准样品对氮元素测定分析结果的影响，共存元素的干扰校正由计算机完成（表3）。

a.进入QSN750（Ⅱ）光电直读光谱仪的管理员程序，开启新建工作曲线功能。

b.复制工作软件和定制外层工作曲线，另存为合金钢氮。

c.建立标准样品数据库，并将标准样品插入到合金钢氮工作曲线中。

d.在工作曲线程序下，将标准样品按1.3于QSN750（Ⅱ）光电直读光谱仪上自动测量标准试样中元素的相对光谱强度；以相对光谱强度为横坐标、待测元素与铁
元素的质量分数比为纵坐标，绘制标准工作曲线。

标准工作曲线方程见表4。

e.复制内层定制工作曲线，另存为合金钢;然后将新建外层合金钢氮工作曲线参数
下载到新建内层合金钢工作曲线后，合金钢中氮的分析程序才能运行使用。

按1.3对合金钢标准样品进行6次平行测定，测定结果的相对标准偏差（RSD）＜5%，结果见表5。

按1.3对合金钢试样进行2次平行测定，并与化学分析方法结果进行了比对，见表6。

试验结果表明，火花源原子发射光谱法测定合金钢中氮的精密度和准确度均符合《GB/T 223.36-1994钢铁及合金化学分析方法蒸馏分离-中和滴定法测定氮量》
的要求，适于合金钢中氮的分析。

【相关文献】
[1]机械工业理化检验人员技术培训和资格鉴定委员会编.化学分析[M].上海：上海科学普及出版社，2003.
[2]徐秋心.实用发射光谱分析[M].成都：四川科学技术出版社，1993.
[3]寿曼立.发射光谱分析[M].北京：北京地质出版社，1985.。