主题：【第十一届原创】【官人按】电镀镉钛合金镀层中钛含量测定方法

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G₁。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G₂。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（%）= 0.005C_Ti/(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