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电镀镉钛合金镀层中钛含量测定方法
陈妮绒 彭戬 王路 杨晓琴
中国航发贵州红林动力控制科技有限公司
【摘要】:本文通过ICP测定电镀合金镀层中钛含量,用硝酸铵褪镀层,用硝酸硫酸溶解镀层,然后上机测定。此方法操作简便,准确度高。相对标准误差RSD小于5%。
关键词:电感耦合等离子发射光谱仪 电镀镉钛
前言镉-钛电镀工艺由于其具有显著的低氢脆性,已成为在海洋性气候条件下工作的高强度钢零件、弹性件、薄壁零件理想的代镀镉层,并且该电镀溶液不含氰化物,利于环保、清洁生产,对操作人员伤害较小等特点,在国内外航空航天工业中具有广阔的应用前景。
为了测量到准确、误差小的数值,发挥设备的功能,改善传统的检测方法,减少人的误差,最终确立了使用仪器ICP测定。先进检测技术ICP测定电镀镉钛合金中钛含量的测定,方法简便精确度高。
1 试验过程
1.1仪器和工作参数ICP-OES(Optima 5300 DV)电感耦合等离子光谱。
液氩压力 0.6-0.8MPa
等离子体功率 1500瓦
雾化器流量 0.55L/Min
辅助气体流量 0.2 L/Min
冷却气体 15 L/Min
光源稳定延迟 15 S
蠕动泵试样流量 1.50Ml/Min
1.2 仪器工作条件
1.2.1发生器功率:1.3KW;等离子气流量:15L/min;辅助气流量:0.2 L/min; 载气流量:0.8 L/min;液提升量:1.5mL/min。
1.2.2元素分析波长:Ti:336.940nm。
1.3 样品处理电镀镉-钛试样制成20 mm×30 mm的试片。
将镀镉钛试片清洗干净后,放入120±5℃的DB-211SCB烘干箱内烘30 min,取出放入干燥器中冷却至室温、称重G
1。将试片于300 ml烧杯中,加硝酸铵溶液浸没试样,待镀层溶解后,用套有橡皮头的玻璃棒将试片表面附着物擦洗到烧杯中,取出试片冲洗干净,再用乙醇脱水,再放入120±5℃的烘干箱内30 min,取出放入干燥器中冷却至室温、称重G
2。两次重量差即为待测镉钛层的重量。
往烧杯中加浓硝酸2ml,浓硫酸5ml,长时间加热至冒白色浓烟(注意保持摇动,避免发生迸溅伤人),冷却后用少量水溶解盐类,移至50ml容量瓶中。以7-41的两个样品为例。
1)用于测镀层中Ti含量的试样,镀后可不除氢、不钝化,便于镀层退镀;
2)配置标准曲线时加入Ti标准溶液量,需根据退镀下的镀层多少适当调节;
3)在容量瓶中缓慢加入硫酸前,一定要先加入适量的水,否则硫酸溶于水放出大量热量,会使容量瓶炸裂造成危险。
1.4分析试样
1.4.1绘制校准曲线准确吸取1000μg/mL的 Ti标准溶液1 mL、2 mL、4 mL,用去离子水分别稀释到50mL,摇匀,稀释成20μg/mL、40μg/mL、80μg/mL的Ti系列标准溶液。
将上述系列标准溶液按仪器工作条件,在ICP上测定,并以元素含量为横坐标,光强值为纵坐标绘制校正曲线。如图1所示。
图1 电镀镉钛镀层中钛含量的标准曲线图
1.4.2在ICP的工作页面,分别测定空白、标样、控样、试样。
2试验结果与讨论
2.1试验结果按上述仪器工作条件设置分析方法,打开分析方法,将处理好的样品在仪器上顺序测量,直接读出待测电镀镉-钛镀层中Ti元素的含量C
Ti。具体试验结果见表1。
2.1.1 计算Ti(%)= 0.005CTi/(G1-G2)
C
Ti—ICP测得电镀镉钛溶液的浓度(μg/mL);
G1—电镀镉-钛试样的质量(g);
G2—褪镀后镉-钛试样的质量(g);
表 1 钛含量的计算结果
编号 | G1(g) | G2(g) | G2-G1(g) | CTi(mg/L) | Ti% | 试验者 |
DD7-41-1 | 7.9509 | 7.8040 | 0.1469 | 6.742 | 0.23 | 陈妮绒 |
DD7-41-2 | 8.2854 | 8.0651 | 0.2203 | 10.740 | 0.24 | 陈妮绒 |
DD7-41-1 | 8.4020 | 8.2000 | 0.2020 | 10.100 | 0.25 | 肖红英 |
DD7-41-2 | 9.5020 | 9.3220 | 0.1800 | 8.280 | 0.23 | 肖红英 |
按照技术条件规定,电镀镉钛合金镀层中钛含量为0.1%~0.7%,试验结果均在范围内。
2.2 样品处理方法的选择褪镀剂的选择,如何选择一种好的褪镀剂,褪掉镀层又不伤害基体。经过反复试验,最终选择了硝酸铵。镀层的溶解问题,镉钛镀层选择酸溶法,试验筛选,效果最佳者为硝酸加硫酸溶解。
表2 溶解酸的选择
酸的类型 | 溶解效果 |
盐酸 | 溶解不彻底,底部未溶解。 |
硫酸 | 溶解缓慢,2h后仍然未全部溶解 |
硝酸加硫酸 | 溶解迅速彻底 |
2.3 谱线的选择从谱线图可以看出,334谱线旁边有干扰,336谱线积分情况良好,而且强度(45932)比较大,测定的控制样品的准确度有比较高,所以选择钛元素336这条谱线。
图2 电镀镉钛镀层钛元素的谱线图
2.4仪器的检出限PE5300对于钛的检出限是0.005ppm,完全可以测定此方法中规定的镉钛合金镀层中钛元素的含量。
2.5 方法的稳定性配制钛元素标准溶液50μg/mL,改变试验设备的检测时间和氩气压力值,试验结果的稳定性有很大差异,最终选择检测时间60S,氩气的压力为0.6 Mpa,为最佳检测状态,测试结果稳定。
表3 稳定性试验结果
不同检测时间 | 氩气压力 |
30S | 45S | 60S | 0.5MPa | 0.6MPa | 0.7MPa |
49.10 | 49.80 | 49.95 | 49.20 | 50.10 | 50.25 |
50.62 | 50.26 | 50.12 | 49.85 | 49.86 | 49.25 |
50.46 | 50.29 | 50.09 | 49.56 | 49.98 | 50.30 |
2.6 方法的准确度和精密度按照2.2.1的计算公式,配制成为0.20%、0.50%、0.70%的标准溶液,对于已知浓度的标准溶液进行5次检测,检测结果平均值见表4。
表4 标准样品
元素 | 标准值% | 测定值% | 平均值 % | RSD% |
钛 | 0.20% | 0.21 0.21 0.19 0.21 0.20 | 0.202 | 4.4 |
钛 | 0.50% | 0.52 0.48 0.52 0.51 0.49 | 0.504 | 3.6 |
钛 | 0.70% | 0.71 0.69 0.68 0.72 0.69 | 0.698 | 2.4 |
从上边的实验数据可以看出,RSD值小于5%,此方法可靠,可以满足试验要求。
2.7稳定性试验取同一批电镀镉钛镀层的试片2块,用ICP连续测定5次,结果见表5。
表5 镉钛镀层钛含量测定结果(n=5)
元素测定 | 第一次 | 第2次 | 第3次 | 第4次 | 第5次 |
试片1 | 0.35 | 0.37 | 0.34 | 0.36 | 0.34 |
试片2 | 0.38 | 0.37 | 0.34 | 0.35 | 0.36 |
从上边的数据可以看出,平行误差不大,可以满足检测要求。五次元素的相关系数均达到0.999以上,测定值均在检出限以上,可以满足试验要求。
2.8结论本工作采用ICP测定电镀镉钛镀层中的钛含量,对于标准物质进行测定,结果验证试验方法的准确度。方法具有准确、快速、检出限低、灵敏度高、线性范围宽等优点,适用于电镀镉钛镀层中钛含量的检测。
参考文献:【1】 陈莉。黄丹,陈盛等 电感耦合等离子质谱法测定水溶性原料药中痕量的镍 理化检测-化学分册 2017年 第53卷
【2】 易文燕 ICP法测定钛合金中微量B 贵州航空学会材料理化测试专业委员会2009年论文集
【3】 王芳,魏丽娜等 电感耦合等离子体测定多金属矿石中的铌 理化检测-化学分册 2017年 第53卷