鈦合金因其密度低，強度和韌性高，耐腐蝕性能好，在石油、化工、船舶、航天等領域被廣泛應用。TA15，TC11 鈦合金中的鋯含量范圍較寬，加大了鋯的檢測難度。采用 HB 5297.15–2001 方法，試樣前處理時間長 ( 試樣溶解后需放置一夜 )，操作繁瑣，難以滿足工廠生產和冶煉時快速檢測的要求。鈦合金中鋯屬于偏中性的元素，在鈦合金中有較大的溶解度，且穩(wěn)定性好，可大幅度改善鈦合金的抗蠕變性能，但鋯含量要與鈦合金中的 Al，Sn，O 等元素相匹配。鋯元素含量不準確對鈦合金的穩(wěn)定性影響較大，所以測定鈦合金中鋯元素的含量對指導爐中冶煉和生產具有重要意義。

測定鈦合金中鋯元素的常規(guī)方法主要有化學分析法和平面光柵攝譜法?；瘜W分析法檢測周期長，過程繁瑣，無法滿足生產現(xiàn)場的檢測需求；平面光柵攝譜法樣品處理過程復雜、繁瑣，分析速度慢，碳粉消耗量大，元素檢測范圍較窄，不能滿足新型鈦合金材料的檢測要求。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法 (ICP–AES 法 ) 分析速度快，測定范圍寬，靈敏度高，樣品經過溶解后可直接進樣分析，滿足工業(yè)生產中鈦合金多元素快速檢測的要求，應用范圍日趨廣泛。

目前采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鈦合金中鋯含量已有報道，但在溶解鈦合金中鋯時，需要先加入硫酸冒煙，再加入硝酸氧化，然后經過過濾、分離等操作過程，最后才能進行測定，樣品前處理溶解時間較長，操作復雜、繁瑣。筆者采用氫氟酸和一定比例的鹽酸、硝酸溶解鈦合金樣品，溶解速度快，過程簡單、易控制，采用耐氫氟酸進樣系統(tǒng)使霧化效率得到有效提升，優(yōu)化了儀器工作條件，確定了最佳酸度，采用標準曲線基體匹配法消除了鈦元素的干擾，建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鈦合金中鋯元素含量的分析方法。該方法快速、準確，用于指導爐中冶煉和生產達到了預期效果。

1　實驗部分

1.1　主要儀器與試劑

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀：Optima 8300 型，配有耐氫氟酸進樣系統(tǒng)，200 nm 處分辨率為 0.007 nm，波長范圍為 165～782 nm；

鹽酸 (ρ=1.19 g／mL)，氫氟酸 (ρ=1.13 g／mL)、硝酸 (ρ=1.42 g／mL) ：優(yōu)級純；

鈦：純度不小于 99.99%；

鋯標準溶液：質量濃度為 1000 mg／L，編號為GSBG 62004–90；

鈦合金試樣：TA15(Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr)；

氬氣：純度為 99.99% ；

實驗用水均為二次去離子水 ( 電阻率大于 1.0 MΩ · cm，25℃ )。

1.2　儀器工作條件

射頻功率：1.3 kW ；冷卻氣：氬氣，流量為 20 L／min ；輔助氣：氬氣，流量為 0.2 L／min ；溶液提升量：1.5 L／min ；霧化器壓力：36.54 MPa ；積分時間：30 s ；觀測方式：垂直觀測；分析波長：357.247 nm。

1.3　樣品處理

TA15 合金中鋯元素含量較高，一般為 1.5%～2.5%，在保證試樣均勻的前提下，稱取 0.50 g 鈦合金樣品，置于聚四氟乙烯燒杯中，加入 10 mL 鹽酸溶液 (1+1) 和 1.5 mL 氫氟酸溶解，當樣品溶解完全后，加入 1.5 mL 硝酸溶解碳化物，溶液顏色逐漸變淺，待溶液顏色穩(wěn)定后，轉移至 100 mL 聚四氟乙烯容量瓶中，用水定容至標線，搖勻待測。對于鋯含量較高的樣品，應根據校準曲線測定范圍進行適當稀釋后再測定。

1.4　校準曲線繪制

稱取 0.50 g 純鈦基體，按 1.3 方法溶解、冷卻后轉移至 100 mL 聚四氟乙烯容量瓶中，用水定容至標線。分別移取 10 mL 上述溶液置于 5 支 100 mL容量瓶中，分別加入不同量的鋯標準溶液，配制成鋯的質量分數分別為 0%，0.1%，0.2%，0.3%，0.4% 的系列標準工作溶液。測定系列標準工作溶液中鋯元素的譜線強度，以溶液中鋯含量 (x，%) 為橫坐標、光發(fā)射強度 (y) 為縱坐標繪制標準工作曲線。

2　結果與討論

2.1　樣品溶解方法選擇

稱取 3 份鈦合金試樣 TA15(Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr) 的屑狀樣品各 0.50 g，分別采用硫酸 – 硝酸、鹽酸 – 氫氟酸 – 硝酸、氫氟酸 – 硝酸 3 種溶解方式溶解。結果表明，采用硫酸 – 硝酸溶解樣品時，需要高溫加熱，且鈦合金在硫酸介質中溶解時會發(fā)生水解，產生白色沉淀；采用氫氟酸 – 硝酸溶解時，樣品溶解不完全，反應比較劇烈；而在鈦合金樣品中加入10 mL 鹽酸溶液 (1+1) 和 1.5 mL 氫氟酸，在低溫下加熱溶解，溶解后期溶液底部出現(xiàn)黑色不溶物，滴加1.5 mL硝酸后黑色不溶物溶解，溶液變得澄清透亮，因此選用鹽酸 – 氫氟酸 – 硝酸體系溶解樣品。

2.2　基體干擾及校正

分別配制不含鈦基體和含 0.50 g 鈦基體的標準溶液，采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鋯元素的譜線強度，測定結果見表 1。

由表 1 可知，在 5 條分析譜線下對不含鈦基體和含有 0.50 g 鈦基體的標準溶液進行測定，鋯的發(fā)射強度相差明顯，說明鈦基體的存在對鋯元素的測定結果有不同程度的影響。鈦的干擾主要是因為試樣進入霧化室后，大量鈦元素霧氣在等離子激發(fā)過程中電離，生成鈦等離子體云和游離在附近的帶負電荷的電子云，鋯的原子質量相對較大，原子核吸附電子能力較強，這些電子云和鋯的原子核產生電離動態(tài)平衡，降低了鋯元素的激發(fā)概率，并且在鈦的等離子激發(fā)過程中消耗大量能量，導致鋯元素激發(fā)過程中獲得的能量較少，降低了鋯元素的光譜強度。因此為了保證測定結果的準確度，應進行空白試驗，且在繪制工作曲線時進行基體匹配，以消除其它共存元素的干擾。此外樣品的溶解條件和酸的用量也應盡量保持一致。

2.3　分析譜線確定

根據儀器推薦的鋯分析譜線，配制基體溶液和接近鋯元素測定上、下限 (1.5%，2.5%) 的對應濃度的單元素標準溶液，在 1.2 儀器工作條件下進行測定，得到單元素標準溶液在預先選擇的所有分析譜線下的光譜圖，按照信噪比高、靈敏度適中、受干擾程度小的原則，篩選出鋯元素的最佳分析譜線，結果見表 2。由表 2 可知，Zr 357.247 nm譜線為最佳分析譜線。

2.4　線性方程、線性范圍與定量限

在 ICP–AES 法檢測過程中，待測元素的定量下限與試樣的稱取量有緊密聯(lián)系。為使元素定量下限滿足測定范圍下限的要求，需要進行定量下限的測定試驗。稱取 0.50 g 純鈦樣品，按 1.3 方法溶解定容。由于樣品中鋯元素的質量分數范圍為1.5%～2.5%，應根據校準曲線測定范圍 (0%～0.4%)將樣品溶液稀釋 10 倍進行測定。在 1.2 儀器工作條件下對樣品空白溶液連續(xù)測定 11 次，計算測定結果的標準偏差，以 10 倍標準偏差作為鋯元素定量下限，結果見表 3。

由表 3 可知，該方法定量下限較低，能夠滿足測定要求。

2.5　精密度試驗

按照 1.3 方法處理鈦合金樣品，在 1.2 儀器工作條件下連續(xù)測定 11 次，結果見表 4。由表 4 可知，測定結果的相對標準偏差均小于 2.0%，說明該方法精密度較好。

2.6　加標回收試驗

分別向鈦合金樣品中加入不同量的鋯標準溶液，進行加標回收試驗，結果見表 5。由表 5 可知，鋯元素的加標回收率為 99.0%～102.7%，說明該方法測定結果準確、可靠。

3　結語

建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鈦合金中鋯元素含量的分析方法，用鹽酸 – 氫氟酸 – 硝酸溶解鈦合金樣品，通過譜線干擾試驗確定了鋯元素的最佳分析譜線為 357.247 nm，采用基體匹配法消除了基體干擾。該方法快速、準確，可用于實際生產中鈦合金樣品微量鋯的測定。