高溫合金因具有優(yōu)異的耐疲勞性能、抗氧化性能、抗腐蝕性能、耐溫性能而成為一種重要的材料，主要用于生產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)的熱端部件，也是航天、能源、石化、交通等國家支柱行業(yè)的重要材料。合金中元素的含量以及添加方式的不同，會直接影響合金的綜合性能。釔元素是一種重要的稀土元素，其含量對高溫合金材料的抗氧化性能、高溫蠕變性能、耐腐蝕性能等具有重要影響，因而快速、準(zhǔn)確地檢測出高溫合金中釔元素的含量尤為重要。

高溫合金中元素釔的測定目前尚無可直接采用的標(biāo)準(zhǔn)方法，針對釔的分析，可以參考 GB／T 223.49–1994 《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法萃取分離 – 偶氮氯膦測定稀土總量》，該方法勞動強(qiáng)度大，分析周期長，缺點(diǎn)明顯，不利于元素快速測定；同時該方法主要用于稀土總量分析，對于高溫合金中雜質(zhì)元素釔的測定針對性不強(qiáng)。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP–AES）法具有靈敏度高、準(zhǔn)確度好、測定范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，文獻(xiàn)采用ICP–AES 法測定合金中的釔元素，但對于高溫合金特別是鎢、鈮、鉭元素含量高的樣品中低含量釔的測定，ICP–AES 法受樣品溶解、儀器測量條件、基體及共存元素影響較大。

筆者對高溫合金樣品的溶解方法進(jìn)行優(yōu)化，并通過基體鎳、共存元素的干擾試驗(yàn)，確定釔元素最佳分析譜線，建立了 ICP–AES 法測定高溫合金中低含量釔的方法。結(jié)果表明，該方法準(zhǔn)確可靠，簡便快速，可以作為高溫合金中釔含量測定的參考方法。

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：JY ULTIMA 2C ICP 型；

氬氣：純度不小于 99.995% ；

釔標(biāo)準(zhǔn)儲備液：1 000 µg／mL；

鎳基體溶液：10.0 mg／mL，稱取 5.000 g 純鎳( 純度不小于 99.99%)，置于 500 mL 燒杯中，加入40 mL 水、40 mL 硝酸，低溫加熱至溶解完全，冷卻后移入 500 mL 容量瓶中，補(bǔ)加 20 mL 硝酸，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻；

鹽酸、硝酸、氫氟酸、檸檬酸：優(yōu)級純；

高溫合金樣品：DD5 高溫合金；

實(shí)驗(yàn)室用水為二級蒸餾水。

1.2　儀器工作條件

發(fā)射功率：1 300 W ；冷卻氣：氬氣，流量為 1.5 L／min ；載氣：氬氣，流量為 0.5 L／min ；輔助氣：氬氣，流量為 0.5 L／min ；觀測方式：水平；分析線：360.073 nm。

1.3　實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1　樣品處理

稱取 0.20 g 高溫合金樣品（精確至 0.000 1 g），置于 100 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加入 15 mL 鹽酸、5 mL 硝酸、約 1 mL 氫氟酸，加蓋表面皿，將電熱板調(diào)節(jié)至約 150 V，加熱約20 min，試樣溶解完全，吹洗表面皿及燒杯內(nèi)壁，加入 2 g 檸檬酸，再置于電熱板上加熱約 10 min，取下，稍冷，移入 50 mL 塑料容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻，待測。

1.3.2　系列釔標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的制備

制備 7 份空白溶液，分別移入 50 mL 塑料容量瓶中，各加入12.0 mL鎳基體溶液，再分別加入0.00，0.10，1.00，2.00，4.00，8.00，10.00 mL 的 10 µg／mL 釔標(biāo)準(zhǔn)溶液，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻，配制成質(zhì)量濃度分別為 0，0.02，0.2，0.4，0.8，1.6，2.0 µg／mL 的系列釔標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，相當(dāng)于樣品中釔含量 0%，0.000 5%，0.005%，0.01%，0.02%，0.040%，0.050%。

1.3.3　定量方法

使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀，分別測定系列釔標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，建立標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，根據(jù)待測元素的強(qiáng)度值可計算出該元素的含量。

2　結(jié)果與討論

2.1　基體元素和共存元素的光譜干擾

根據(jù)高溫合金化學(xué)成分，配制試劑空白溶液、基體元素溶液、共存元素溶液、分析元素溶液各試驗(yàn)溶液，將配制的單一元素光譜干擾試驗(yàn)溶液、試劑空白溶液在釔 3 條特征譜線波長處進(jìn)行圖形掃描，獲得以特征波長為中心的光譜掃描圖形。將獲得的光譜掃描圖形進(jìn)行適當(dāng)疊加放大處理，研究基體元素和干擾元素、試劑空白溶液在分析譜線附近的光譜干擾情況。得到鎳基體元素和共存元素對分析元素釔的光譜干擾情況見表 1。

表 1 結(jié)果表明：（1）鹽酸、硝酸、氫氟酸及檸檬酸在釔的 3 條特征譜線處無干擾；（2）釔 224.306 nm 譜線處，鎳基體有重疊峰及弱的背景干擾存在，含量小于 0.005% 的釔元素?zé)o法準(zhǔn)確分析，不宜作為分析線；（3）釔 360.073，371.029 nm 譜線處，鎳基體元素有弱的背景干擾，可通過基體匹配的方法加以消除，371.029 nm 相對強(qiáng)度較低，所以選用 360.073 nm 作為釔的分析線。

2.2　樣品溶解方法

2.2.1　溶劑

（1）鹽酸–硝酸混酸。稱取高溫合金樣品0.200 0 g，置于 100 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加入 15 mL 鹽酸、5 mL 硝酸，將電熱板電壓調(diào)節(jié)至約 150 V，低溫加熱約 20 min，試樣溶解不完全，底部有黑色物質(zhì)不能溶解，稍冷，繼續(xù)加入 5 mL 鹽酸，低溫加熱，試樣仍溶解不完全。

（2）鹽酸 – 硝酸 – 氫氟酸混酸。稱取高溫合金樣品 0.200 0 g，置于 100 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加入 15 mL 鹽酸、5 mL 鹽酸、10 滴氫氟酸，將電熱板電壓調(diào)節(jié)至約 150 V，低溫加熱約 20 min，試樣可完全溶解。

針對 0.200 0 g 高溫合金試樣，采用氫氟酸 – 硝酸混酸進(jìn)行溶解，得不到清澈透明的溶液，必須加入一定量的氫氟酸才可將樣品溶解完全。因此測定高溫合金中釔等元素應(yīng)采用鹽酸 – 硝酸 – 氫氟酸溶解方式。

2.2.2　溶劑的用量

稱取多份高溫合金樣品，每份均為 0.200 0 g，分別置于 100 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加入不同量的鹽酸 – 硝酸 – 氫氟酸。同步配制系列釔標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，測定并利用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量，結(jié)果見表 2。綜合考慮酸用量和溶解時間，采用 15 mL 鹽酸 –5 mL 硝酸 –1 mL 氫氟酸為試樣溶劑。

2.2.3　檸檬酸的用量

稱取 3 份高溫合金樣品 0.200 0 g，置于 100 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入 15 mL 鹽酸、5 mL 硝酸、10滴氫氟酸對樣品進(jìn)行溶解，分別加入檸檬酸 0，2，4 g，定容后靜置 2 天，通過觀察可見，不加檸檬酸的溶液有少許水解物析出，加入檸檬酸的樣品澄清無水解物析出，故選擇定容時加入 2 g 檸檬酸。

2.3　線性方程

按照 1.3 實(shí)驗(yàn)方法，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定 1.3.2 配制的基體匹配的釔系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中釔元素的譜線強(qiáng)度，以釔元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)、譜線強(qiáng)度為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，線性范圍：0.000 5%~0.050 0%，線 性 方 程：I=0.000 000 036c–0.000 165，相關(guān)系數(shù) r=0.999 99。

2.4　基體效應(yīng)及其消除

按照 1.3.1 樣品處理方法制備 8 個試劑空白溶液，轉(zhuǎn)入 8 只 50 mL 塑料容量瓶中，加入適量 0.01 mg／mL 釔標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容，對應(yīng)釔的含量分別為 0，0.0005%，0.001%，0.005%，0.010%，0.020%，0.040%，0.050%。另取 8 只 50 mL 塑料容量瓶，按照上法配制系列釔標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入 13.0 mL 鎳基體溶液后定容。分別測定上述溶液中釔的含量，測定結(jié)果列于表 3。

表 3 測量結(jié)果表明，用試劑空白標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法測定鎳基底系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中的釔含量，測定值隨著溶液中釔質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈降低趨勢，隨著釔質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加降低趨勢增強(qiáng)，當(dāng)釔含量在0.020% 以上時基體干擾不可以忽略。因此采用試劑空白工作曲線配制溶液進(jìn)行高溫合金中釔的測量，僅適用于含量小于 0.02% 的釔元素分析，含量不小于 0.020% 的釔元素分析必須采用鎳進(jìn)行匹配，否則分析結(jié)果偏低。

2.5　精密度、加標(biāo)回收試驗(yàn)及檢出限

稱取高溫合金樣品 8 份并進(jìn)行樣品處理，按照 1.3 實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定，釔含量測量結(jié)果分別為 0.000 3，0.000 2，0.000 2，0.000 3，0.000 3，0.000 3，0.0003，0.0002，平均值為0.0003，作為本底值。各稱取高溫合金樣品 8 份并進(jìn)行樣品處理，向其中分別加入 0.0005%，0.0010%，0.0050%，0.0100% 的釔標(biāo)準(zhǔn)溶液，測量結(jié)果見表 5。由表 5 結(jié)果可知：（1）高溫合金中雜質(zhì)元素釔測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于 6.0%，說明該方法具有良好的精密度；（2）加入含量范圍在 0.000 5%～0.050% 范圍的釔元素，回收率為 90.0%～104.0% 之間，說明該方法測定結(jié)果準(zhǔn)確，適用于高溫合金中釔的測定。

在 1.2 儀器工作條件下進(jìn)行 10 次鎳基體溶液測量，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差的 3 倍計算檢出限，計算得檢出限為 0.000 003%。

 3　結(jié)語

以鹽酸、硝酸、氫氟酸溶解高溫合金樣品，通過基體匹配采用電感耦合等離子體發(fā)射法測定高溫合金中釔的含量，該法具有良好的精密度和準(zhǔn)確度，適用于高溫合金中釔含量范圍 0.000 50%～0.050% 的低含量釔的測定，滿足實(shí)際工作中高溫合金樣品釔元素分析要求。