近年來，隨著我國航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展，高溫合金被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件，為保證這些部件的使用壽命，高溫合金必須具有良好的高溫力學(xué)性能、抗高溫氧化和耐腐蝕性能等，在合金表面制備高溫防護(hù)涂層能有效提高上述性能。其中鎳鉻鋁釔硅涂層是這一領(lǐng)域近年來較為理想的高溫防護(hù)涂層，它具有優(yōu)異的抗高溫氧化、抗熱腐蝕性能及較高的塑性，與高溫合金基體結(jié)合較好，目前廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件的表面涂層。而鎳鉻鋁釔硅合金中鋁、釔、硅含量的準(zhǔn)確測(cè)定對(duì)高溫防護(hù)涂層的性能具有重要意義。

目前沒有鎳鉻鋁釔硅的相關(guān)分析標(biāo)準(zhǔn)，鎳基合金中鋁、釔、硅元素的測(cè)定多采用經(jīng)典的化學(xué)分析法，如EDTA滴定法測(cè)定鎳鉻鋁釔合金粉中的鋁和釔，分光光度法測(cè)定硅。這些方法分析周期長(zhǎng)，操作繁瑣，每種元素采用不同的分析方法，工作效率較低。電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析法具有線性范圍寬的特點(diǎn)，同時(shí)靈敏度高，精密度好，能夠?qū)崿F(xiàn)多元素、多譜線同時(shí)測(cè)定，分析效率高。因此筆者建立了電感耦合等離子體發(fā)射光譜測(cè)定鎳鉻鋁釔硅合金中鋁、釔、硅的含量，該方法簡(jiǎn)便快速，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　主要儀器與試劑

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：Optima8300型，配備耐氫氟酸進(jìn)樣系統(tǒng)；

鋁、釔、硅國家標(biāo)準(zhǔn)溶液：編號(hào)分別為GSB G62006–90，GSB G62032–90，GSB G62007–90，質(zhì)量濃度均為1mg／L；

鹽酸、硝酸：分析純；

實(shí)驗(yàn)用水為二次去離子水(電阻率大于1.0MΩ·cm，25℃) ；

金屬鎳：純度不低于99.99% ；

金屬鉻：純度不低于99.99%。

1.2　儀器工作條件

高頻發(fā)生器功率：1.3kW；等離子體氣體流量：15L／min；輔助氣體流量：0.2L／min ；霧化器氣體流量：0.55L／min；泵流量：1.5L／min；積分時(shí)間：30s；觀測(cè)方式：水平觀測(cè)；釔、硅、鋁分析線譜線：Y371.029nm，Si251.611nm，Al394.401nm。

1.3　實(shí)驗(yàn)方法

稱取0.10g試樣于100mL燒杯中，加入少量水、6mL鹽酸、1mL硝酸，蓋上表面皿，于電熱板上低溫加熱，待樣品溶解完全，取下冷卻，轉(zhuǎn)入100mL容量瓶中，以水定容，混勻。移取10mL上述溶液于100mL容量瓶中，加入4mL鹽酸，以水定容，混勻，在優(yōu)化的儀器工作條件下進(jìn)行測(cè)定。

1.4　標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

由于鎳鉻鋁釔硅中鋁、釔、硅含量不同，因此分別配制標(biāo)準(zhǔn)工作溶液A測(cè)定釔、硅，標(biāo)準(zhǔn)工作溶液B測(cè)定含量較高的鋁。稱取與試樣量相同的一系列金屬鎳，按1.3方法溶解冷卻后，移入一組100mL容量瓶?jī)?nèi)，分別加入不同量的釔、硅標(biāo)準(zhǔn)溶液，制成系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液A，見表1。將金屬鎳基體冷卻溶解后定容于100mL容量瓶，分取10mL于一組100mL容量瓶中，加入不同量的鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液，制成系列標(biāo)準(zhǔn)溶液B，見表1。

2　結(jié)果與討論

2.1　溶樣酸的選擇

鎳鉻鋁釔硅不能單獨(dú)溶解于鹽酸或硝酸中，試驗(yàn)采用鹽酸–硝酸混合酸溶解樣品。大量硝酸少量鹽酸時(shí)硅溶解不完全，因此采用大量鹽酸少量硝酸溶解樣品，不同方案鹽酸、硝酸加入量見表2。

按照方案1，2，3溶樣時(shí)，樣品溶解速率較快，并且溶解完全，鋁、釔、硅在混合酸中穩(wěn)定存在。采用方案4溶樣時(shí)，樣品溶解過快，酸度過高易造成硅水解，并且當(dāng)酸的濃度增加時(shí)，待測(cè)試液的密度、黏度和表面張力也增大，導(dǎo)致霧化效率降低，待測(cè)元素的信號(hào)強(qiáng)度也隨之降低，考慮到成本及對(duì)設(shè)備壽命的影響，溶樣酸用量選擇方案1，即鹽酸用量為6mL，硝酸用量為 1mL。

2.2　分析譜線的選擇

分析譜線的選擇對(duì)測(cè)定結(jié)果有很大影響，因此在選擇分析譜線時(shí)要考慮被測(cè)元素的干擾以及靈敏度等。在無明顯基體干擾或被測(cè)元素之間相互之間無明顯干擾時(shí)，選擇靈敏度高、信噪比較大的譜線。本研究被測(cè)元素Al，Y，Si間相互無干擾，Y的譜線信號(hào)最強(qiáng)，371.029，360.073，324.227 nm3條譜線均無干擾，因此選擇靈敏度高，信噪比較大的譜線Y371.029nm；Si的譜線中Si212.412nm受基體 Ni212.411nm干擾，Si221.667nm受基體Ni211.648nm干擾較大，最終選擇靈敏度較高的譜線Si251.611nm；Al的譜線308.215nm無干擾，但信號(hào)較弱，396.153nm受到另一被測(cè)元Si396.155nm 的干擾，394.401，309.271nm均無干擾，最終選擇其中靈敏度較高的譜線Al394.401nm。

2.3　基體及合金元素的影響

鎳鉻鋁釔硅的主要成分是鎳以及合金元素鉻，因此除了要考慮鎳對(duì)待測(cè)元素的影響，也要考慮合金元素鉻對(duì)待測(cè)元素的影響。鎳鉻鋁釔硅中鎳基質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為65%，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20%，在待測(cè)元素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中分別加入與樣品中相近的高純鎳及高純鉻，于電感耦合等離子體發(fā)射光譜上對(duì)同一樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表3。

由表3可知，無基體的標(biāo)準(zhǔn)溶液與只含鎳基體的標(biāo)準(zhǔn)溶液其測(cè)定結(jié)果有明顯差異；含鉻和鎳基體與只含鎳基體的標(biāo)準(zhǔn)溶液其測(cè)定結(jié)果沒有明顯差異。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性及測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，在配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，可采用鎳基體匹配，即在標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入與試液濃度相一致的高純鎳以消除基體效應(yīng)的影響。

2.4　線性方程、線性范圍與檢出限

按實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定表1中系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，以待測(cè)元素的質(zhì)量濃度（X)為橫坐標(biāo)，發(fā)射強(qiáng)度(Y)為縱坐標(biāo)，繪制工作曲線。連續(xù)測(cè)定11次空白樣，計(jì)算測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)的濃度計(jì)算檢出限，各待測(cè)元素的線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限見表4。由表4可知，各元素在測(cè)定范圍內(nèi)均有良好的線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999。

2.5　精密度與回收試驗(yàn)

按照1.3實(shí)驗(yàn)方法對(duì)鎳鉻鋁釔硅合金樣品進(jìn)行處理，在1.2儀器工作條件下連續(xù)測(cè)定11次，計(jì)算測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表5。由表5可知，各元素測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于2%(n=11)，說明方法精密度良好。

在鎳鉻鋁釔硅樣品溶液中加入不同量的鋁、釔、硅標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表6。 由表6可知，各待測(cè)元素加 標(biāo)回收率在94.60%～103.51% 范圍內(nèi)，說明方法的準(zhǔn)確度較高。

3　結(jié)語

采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定鎳鉻鋁釔硅合金中的鋁、釔、硅含量，方法操作簡(jiǎn)便、測(cè)定線性范圍寬，滿足實(shí)際生產(chǎn)中鎳鉻鋁釔硅樣品的檢測(cè)需求，同時(shí)保證了分析精確度和準(zhǔn)確度，降低了人力成本，大大提高了檢測(cè)效率。