ICP–AES法测定镍铬铝钇硅合金中的铝、钇、硅

近年来，随着我国航空航天事业的飞速发展，高温合金被广泛应用于航空发动机和燃气轮机热端部件，为保证这些部件的使用寿命，高温合金必须具有良好的高温力学性能、抗高温氧化和耐腐蚀性能等，在合金表面制备高温防护涂层能有效提高上述性能。其中镍铬铝钇硅涂层是这一领域近年来较为理想的高温防护涂层，它具有优异的抗高温氧化、抗热腐蚀性能及较高的塑性，与高温合金基体结合较好，目前广泛应用于航空发动机高温部件的表面涂层。而镍铬铝钇硅合金中铝、钇、硅含量的准确测定对高温防护涂层的性能具有重要意义。

目前没有镍铬铝钇硅的相关分析标准，镍基合金中铝、钇、硅元素的测定多采用经典的化学分析法，如EDTA滴定法测定镍铬铝钇合金粉中的铝和钇，分光光度法测定硅。这些方法分析周期长，操作繁琐，每种元素采用不同的分析方法，工作效率较低。电感耦合等离子体发射光谱分析法具有线性范围宽的特点，同时灵敏度高，精密度好，能够实现多元素、多谱线同时测定，分析效率高。因此笔者建立了电感耦合等离子体发射光谱测定镍铬铝钇硅合金中铝、钇、硅的含量，该方法简便快速，测定结果准确可靠。

1　实验部分

1.1　主要仪器与试剂

电感耦合等离子体发射光谱仪：Optima8300型，配备耐氢氟酸进样系统；

铝、钇、硅国家标准溶液：编号分别为GSB G62006–90，GSB G62032–90，GSB G62007–90，质量浓度均为1mg／L；

盐酸、硝酸：分析纯；

实验用水为二次去离子水(电阻率大于1.0MΩ·cm，25℃) ；

金属镍：纯度不低于99.99% ；

金属铬：纯度不低于99.99%。

1.2　仪器工作条件

高频发生器功率：1.3kW；等离子体气体流量：15L／min；辅助气体流量：0.2L／min ；雾化器气体流量：0.55L／min；泵流量：1.5L／min；积分时间：30s；观测方式：水平观测；钇、硅、铝分析线谱线：Y371.029nm，Si251.611nm，Al394.401nm。

1.3　实验方法

称取0.10g试样于100mL烧杯中，加入少量水、6mL盐酸、1mL硝酸，盖上表面皿，于电热板上低温加热，待样品溶解完全，取下冷却，转入100mL容量瓶中，以水定容，混匀。移取10mL上述溶液于100mL容量瓶中，加入4mL盐酸，以水定容，混匀，在优化的仪器工作条件下进行测定。

1.4　标准溶液配制

由于镍铬铝钇硅中铝、钇、硅含量不同，因此分别配制标准工作溶液A测定钇、硅，标准工作溶液B测定含量较高的铝。称取与试样量相同的一系列金属镍，按1.3方法溶解冷却后，移入一组100mL容量瓶内，分别加入不同量的钇、硅标准溶液，制成系列标准工作溶液A，见表1。将金属镍基体冷却溶解后定容于100mL容量瓶，分取10mL于一组100mL容量瓶中，加入不同量的铝标准溶液，制成系列标准溶液B，见表1。

2　结果与讨论

2.1　溶样酸的选择

镍铬铝钇硅不能单独溶解于盐酸或硝酸中，试验采用盐酸–硝酸混合酸溶解样品。大量硝酸少量盐酸时硅溶解不完全，因此采用大量盐酸少量硝酸溶解样品，不同方案盐酸、硝酸加入量见表2。

按照方案1，2，3溶样时，样品溶解速率较快，并且溶解完全，铝、钇、硅在混合酸中稳定存在。采用方案4溶样时，样品溶解过快，酸度过高易造成硅水解，并且当酸的浓度增加时，待测试液的密度、黏度和表面张力也增大，导致雾化效率降低，待测元素的信号强度也随之降低，考虑到成本及对设备寿命的影响，溶样酸用量选择方案1，即盐酸用量为6mL，硝酸用量为 1mL。

2.2　分析谱线的选择

分析谱线的选择对测定结果有很大影响，因此在选择分析谱线时要考虑被测元素的干扰以及灵敏度等。在无明显基体干扰或被测元素之间相互之间无明显干扰时，选择灵敏度高、信噪比较大的谱线。本研究被测元素Al，Y，Si间相互无干扰，Y的谱线信号最强，371.029，360.073，324.227 nm3条谱线均无干扰，因此选择灵敏度高，信噪比较大的谱线Y371.029nm；Si的谱线中Si212.412nm受基体 Ni212.411nm干扰，Si221.667nm受基体Ni211.648nm干扰较大，最终选择灵敏度较高的谱线Si251.611nm；Al的谱线308.215nm无干扰，但信号较弱，396.153nm受到另一被测元Si396.155nm 的干扰，394.401，309.271nm均无干扰，最终选择其中灵敏度较高的谱线Al394.401nm。

2.3　基体及合金元素的影响

镍铬铝钇硅的主要成分是镍以及合金元素铬，因此除了要考虑镍对待测元素的影响，也要考虑合金元素铬对待测元素的影响。镍铬铝钇硅中镍基质量分数约为65%，铬的质量分数约为20%，在待测元素的混合标准溶液中分别加入与样品中相近的高纯镍及高纯铬，于电感耦合等离子体发射光谱上对同一样品进行测定，结果见表3。

由表3可知，无基体的标准溶液与只含镍基体的标准溶液其测定结果有明显差异；含铬和镍基体与只含镍基体的标准溶液其测定结果没有明显差异。综合考虑经济性及测定结果的准确性，在配制标准溶液时，可采用镍基体匹配，即在标准溶液中加入与试液浓度相一致的高纯镍以消除基体效应的影响。

2.4　线性方程、线性范围与检出限

按实验方法测定表1中系列标准工作溶液，以待测元素的质量浓度（X)为横坐标，发射强度(Y)为纵坐标，绘制工作曲线。连续测定11次空白样，计算测定结果的标准偏差，以3倍标准偏差对应的浓度计算检出限，各待测元素的线性回归方程、相关系数及检出限见表4。由表4可知，各元素在测定范围内均有良好的线性关系，线性相关系数均大于0.999。

2.5　精密度与回收试验

按照1.3实验方法对镍铬铝钇硅合金样品进行处理，在1.2仪器工作条件下连续测定11次，计算测定结果的相对标准偏差，结果见表5。由表5可知，各元素测定结果的相对标准偏差均小于2%(n=11)，说明方法精密度良好。

在镍铬铝钇硅样品溶液中加入不同量的铝、钇、硅标准溶液，进行加标回收试验，结果见表6。 由表6可知，各待测元素加 标回收率在94.60%～103.51% 范围内，说明方法的准确度较高。

3　结语

采用电感耦合等离子体发射光谱法测定镍铬铝钇硅合金中的铝、钇、硅含量，方法操作简便、测定线性范围宽，满足实际生产中镍铬铝钇硅样品的检测需求，同时保证了分析精确度和准确度，降低了人力成本，大大提高了检测效率。