钛合金中锰铬锆元素的看谱分析方法.pdf

第6 0 卷第1 期 20 08 年2 月 有色金属 N o l 2 f e r t o u sM e a h V 0 1 ．6 0 ．N o ．1 F e b r u a r y20 08 钛合金中锰铬锆元素的看谱分析方法 刘平 北京航空材料研究院，北京1 0 0 0 9 5 摘 要用光栅看谱镜和棱镜看谱镜分析钛合金及成分元素锰、铬、锫的特征谱线，研究钛合金中锰、铬、锗元素的定性分析、 半定量分析方法。锰、铬、锫元素可分别使用M n4 7 5 ．4 0 谱线组、c r 5 2 0 ．4 5 谱线组和Z r 4 7 3 ．9 5 谱线组进行定性和半定量分析。 关键词分析化学；钛合金；看谱；锰；铬；锫 中图分类号0 6 5 7 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 8 0 1 0 1 3 4 0 3 看谱分析是一种发射光谱分析技术，是以目视 测光为基础的材料成分分析技术，是用人眼借助光 栅看谱镜和棱镜看谱镜，根据谱线亮度来判断样品 中元素含量。看谱分析技术具有手段简单、成本低 廉、可现场使用和不破坏样品等优势，在材料检测和 牌号鉴别等领域有广泛的应用。 锰、铬、锆三种元素在钛合金中不是常见元素， 只有部分牌号含有该三种元素。利用锰、铬、锆三种 元素的看谱分析可以很方便地将含锰、铬、锆的钛合 金牌号与其他牌号鉴别开或对锰、铬、锆含量不同的 牌号进行鉴别。 1实验方法 1 ．1 仪器 光栅光谱观测与摄谱使用W K l 型光栅看谱镜， 棱镜光谱观测与摄谱使用W K T 一6 型棱镜看谱镜。 光谱范围为3 9 0 - - 7 0 0 n m ，电源用电弧放电电源。 1 ．2 试样 试样为块状试样，表面经砂纸打磨处理。采用的 钛合金试样牌号 1 砷盈M n0 ．8 ％～2 ．0 ％，无C r ， 无Z ； 2 T C 6 无M n ，C r0 ．8 ％～2 ．3 ％，无Z r ； 3 B 舵2 无M n ，C r0 ．5 ％～1 ．5 ％，Z r ≤0 ．3 ％； 4 B T 2 0 无M n ，无C r ，Z r1 ．5 ％- - 2 ．5 ％； 5 纯钛工业纯钛。 1 ．3 试验条件 ，分析间隙为l ～2 m m ，电弧电流6 A ，预燃时间 1 0 s ，电极采用铜对电极。 收稿日期2 0 0 6 0 4 2 0 基金项目国防科技军用材料标准化项目 B 0 6 2 0 0 3 C 作者简介刘平 1 9 6 1 一 ，男，山东泰安市人。研究员，硕士，主要 ．从事航空材料性能与应用及航空高阻尼材料等方面的 研究。 2 试验结果与讨论 为进行钛合金中锰、铬、锆元素的看谱分析研 究，利用光谱线波长表I t 】在计算机上模拟制作了基 体钛元素和锰、铬、锆元素的可见光光谱图。钛元素 可见光谱图见图1 ，锰、铬、锆元素的看谱分析谱图 分别见图2 ～图4 。 由于棱镜看谱镜线色散率为非线性函数r 2 ] 2 ，仅 对光栅看谱镜谱图进行了模拟处理，采用的实摄谱 图也为光栅看谱镜谱图。研究结果可在棱镜看谱镜 上参照使用。 2 ．1 钛元素可见光谱图 钛元素6 5 0 n m 以上波长谱线较少，图1 给出了 钛元素6 5 0 n m 以下波长的模拟可见光谱图。钛元 素可见光谱线特征明显，有利于测定过程中快速确 定所测元素谱线的位置和选择比较线。 钛元素在可见光范围谱线非常丰富，大部分集 中在4 0 0 ～5 2 0 n m 波长之间。在这个波长区间，钛 谱线的特征比较明显，选用基体钛谱线作为比较谱 线很方便，可以针对所分析元素在可见光区的灵敏 线选择分析波长区。 2 ．2 钛合金中锰元素的分析 含锰的钛合金牌号很少，航空材料常用的钛合 金牌号只有T C I 和T C 2 两种牌号中含有锰元素。 因此，对锰的测定可以快速准确的将T C l 和T C 2 两种牌号与其他不含锰元素的钛合金鉴别开。 锰元素在可见光范围三个强度最高的谱线为M n 4 7 5 ．4 0 ，M n4 7 8 ．3 4 和M a4 8 2 ．3 5 。如图2 所示，三条 锰谱线位于同一色区，特征很明显。从图2 b 和图2 c 所示的T 殴和T C 6 实摄谱图的对比可以看到含 锰与不含锰的样品谱图特征差别明显。利用锰的这 万方数据 第1 期刘平等钛合金中锰铬锫元素的看谱分析方法 三条灵敏谱线进行牌号鉴别可靠性很高。 图l 钛元素可见光谱图 F i g1S p e c t r o m e t r yo fT i 定位锰谱线时可利用该色区T i4 8 4 ．0 9 ，T i其他不含铬元素的钛合金牌号鉴别开。 4 8 5 ．6 0 ，T i4 8 6 ．8 3 ，T i4 8 7 ．0 1 ，T i4 8 8 ．5 1 ，T i4 8 9 ．9 9 铬元素在可见光范围内谱线较为丰富，但强度 和T i4 9 1 ．3 6 等强度较高的基体元素钛的谱线组成相差很大，强度最高的几条谱线位于4 3 0 n m 波长以 的特征谱线组。如图2 d 模拟谱图所示，T i4 8 6 ．8 3下靠近紫外的区域。由于靠近紫外的色区不利于看 和T i4 8 7 ．0 1 组成双线结构，与其他五条谱线形成谱分析观察，因此选用图3 a 所示的三个次高强度 接近等距的排列，在图2 b 和图2 c 看到，该谱线 谱线C r5 2 0 ．4 5 ，C r5 2 0 ．6 0 和C r 5 2 0 ．8 4 作为铬元素 组在实际谱图中的特征也是非常明显的。分析用特征谱线。如图3 所示，三条铬谱线距离比 使用图2 所示的谱图还可进行锰元素的半定量较接近，谱线强度也差别不大。从图3 b 和图3 c 分析。M n4 8 2 ．3 5 谱线与T i4 8 2 ．0 4 谱线的相对位置 所示的B T 2 2 和工业纯钛的实摄谱图对比可以看 较接近，其他谱线的干扰也小。可选用M n4 8 2 ．3 5 谱 到，由于三条特征谱线很集中，样品中含铬与不含铬 线作为分析线，T i4 8 2 ．0 4 谱线作为比较线进行半定时谱图差别很明显。利用铬的三条特征谱线可很方 量分析。经标准样品对比分析得到结果，当锰含量在便的进行含铬钛合金牌号鉴别。 1 ％以下时M n4 8 2 ．3 5 强度小于T i4 8 2 ．0 4 ，锰含量在 2 ％以上时M n4 8 2 ．3 5 强度大于T i4 8 2 ．0 4 ，如两线强 度接近说明锰元素含量在1 ％- - 2 ％之间。 图2 钛合金中锰元素分析谱图 F i g2S p e c t r o m e t r yo fM ni nT i a l l o y 钛合金中锰元素的分析也可以参照铁基合金 中锰的看谱方法1 3 ] ，选用M n6 0 2 ．1 8 谱线组等进行 定性或半定量分析。 T C l 和T C 2 两种牌号基体钛之外仅含有锰和 铝两种成分元素，由于两者锰元素的含量范围基本 重合。T C l 和T C 2 两者之间需要鉴别时可进行钛合 金中的铝元素看谱分析[ 4 | 。 2 ．3 钛合金中铬元素的分析 含铬钛合金牌号很少，航空材料常用的钛合金 中有T C 6 、T C l 2 、B T 2 2 和T B 2 四种牌号含有铬元 素。因此，对铬的测定可以便捷的将该四种牌号与 图3 钛合金中铬元素分析谱图 F i g3S p e c t r o m e t r yo fC ri nT i a l l o y 从图3 d 看到，钛元素在该波长范围谱线较为 丰富，图3 所示谱图可用于铬元素的半定量分析。 对于图3 所示谱图，选用C r5 2 0 ．4 5 作为分析线 1 C r 。T i5 1 9 ．2 9 ，T i5 2 1 ．0 4 分别作为比较线1 T i 和 2 T i ，通过标准样品比对分析得到强度标法半定量分 析用强度标见表1 。 表1 钛合金中铬元素强度标 T a b l e1 I n t e n s i t ym a r ko fC ri nT i b a s e da l l o y [ C r ] ／％ 强度标志 l 2 8 1 C r ≤l T i ．1 C r 2 T i l C r 1 T i ．1 C r 2 T i 1 C r ≥2 T i 对于含铬钛合金牌号间的鉴别在强度标法进 行半定量分析鉴别之外也可以利用其他成分元素进 行定性分析鉴别。如T B 2 含钒元素，可以利用钛合 万方数据 1 3 6有色金属第6 0 卷 金中钒的分析进行鉴别。T C l 2 含锡和锆，可使用 钛合金中锡或锆的看谱分析鉴别。T C 6 含铁元素， 可使用钛合金中铁的看谱分析鉴别。B T 2 2 则同时 含铁和钒元素，利用铁和钒的看谱分析也便于鉴别。 由于C r5 2 0 ．6 0 受T i5 2 0 ．6 1 干扰，C r5 2 0 ．8 4 受n 5 2 0 ．7 9 干扰，进行定性及半定量分析时应以C r5 2 0 ．4 5 为准。C r5 2 0 ．4 5 灵敏度较高，检出限低于0 ．1 ％。 2 ．4 钛合金中锆元素的分析 航空材料常用的含锆的钛合金牌号有T B 4 。 T C l l ，T C l 2 三种国产牌号和B T 2 0 ，I I T 一7 M 两种 引进牌号共五种牌号。对锆的测定可以将含锆与不 含锆元素的钛合金牌号鉴别开。钛合金中锆的看谱 分析谱图见图4 。 图4 钛合金中锆元素分析谱图 F i 9 4S p e c t r o m e t r yo fZ ri nT i a l l o y 锆元素在可见光范围内谱线较钛、铬、锰等元 素要少。几条强度较高的谱线位于人眼不敏感的红 参考文献 色区，因此选用位于蓝绿色区的强度稍低的几条谱 线进行看谱分析，分析谱图见图4 。 由于锆元素谱线强度较低，检出限只能达到 O ．5 ％左右。锆谱线特征不明显，因此样品中含锆与 不含锆时谱图特征差别不大，进行鉴别分析时需仔细 观察。定性分析时选用Z r4 8 1 ．5 6 ，Z r4 7 8 ．4 9 ，Z r 4 7 7 ．2 3 ，Z r4 7 3 ．9 5 和Z r4 6 8 ．7 8 等谱线作为分析谱 线，半定量分析时可选用Z r4 7 3 ．9 5 谱线作为分析线。 锆线有时出现闪烁现象，应在强度稳定时进行 测定。由于锆线强度随燃弧时间缓慢下降，但燃弧 开始1 0 s 内偏高。因此，观测和摄谱应在在预燃约 1 0 s 后开始，2 0 s 内结束工作。 当样品含锰时，需考虑M n4 7 3 ．9 1 对Z r 4 7 3 ．9 5 的干扰。 3结论 钛元素可见光谱线丰富且特征明显，进行钛合 金中锰、铬、锆元素看谱分析时可选用钛谱线作为比 较谱线。锰元素的定性和半定量分析可使用M n 4 7 5 ．4 0 ，M n4 7 8 ．3 4 和M n4 8 2 ．3 5 组成的谱线组， 辅助使用M n6 0 2 ．1 8 谱线组。铬元素的测定使用 C r5 2 0 ．4 5 ，C r5 2 0 ．6 0 和C r 5 2 0 ．8 4 组成的谱线组， 三条谱线波长差别不大，谱图特征很明显，便于快速 定性分析。错元素可见光谱线强度低，检出限较高， 可使用Z r4 7 3 ．9 5 等谱线作为分析线进行定性和半 定量分析。含锰、铬、锆元素的钛合金材料可利用研 究结果进行有关牌号的快速鉴别。 [ 1 ] 冶金工业部情报产品标准研究所编译．光谱线波长表[ M ] ．北京中国工业出版社，1 9 7 1 4 4 2 6 9 ． [ 2 ] 刘平，庞晓辉，杨军红，等．棱镜看谱镜线色散率及其应用研究[ J ] ．材料工程，2 0 0 6 ， 1 2 7 3 1 ． [ 3 ] 刘平，杨军红，庞晓辉，等．铁基合金基体及成分元素看谱分析方法研究[ J ] ．分析试验室，2 0 0 5 ，2 4 s 1 2 1 9 2 2 2 [ 4 ] 刘平，庞晓辉，杨军红，等．钛合金中铝元素看谱分析方法研究[ J ] ．钛工业进展，2 0 0 7 ，2 4 2 3 0 3 3 ． I n v e s t i g a t i o no fS p e c t r o s c o p i cA n a l y s i so nM n ／C r ／Z ri nT i b a s e dA l l o y L 儿，P i n g B e i j i n gI n s t i t u t eo fA e r o n a u t i c a lM a t e r i a l s ，B e i j i n g1 0 0 0 9 5 ，C h i n a A b s t r a e t T h ev i s i b l es p e c t r u mo ft i t a n i u ma n dm a n g a n e s e ，c h r o m i u m ，z i r c o n i u ma r ea n a l y z e dw i t hg r a t i n gs p e c t r o s c o p ea n dp r i s ms p e c t r o s c o p e ．T h ee x a m i n a t o i nm e t h o df o rm a n g a n e s e ，c h r o m i u ma n dz i r c o n i u mi nT i b a s ea l l o y b ys p e c t r o s c o p i ca n a l y s i sa r ei n v e s t i g a t e d 。T h eM n4 7 5 ．4 0 ，C r5 2 0 ．4 5a n dZ r4 7 3 ．9 5s p e c t r u mg r o u pc a nb eu t i l i z e df o rq u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n ds e m i q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so nm a n g a n e s e ，c h r o m i u ma n dz i r c o n i u mi nT i b a s e d a l l o y ，r e s p e c t i v e l y ． K e y w o r d s a n a l y t i c a lc h e m i s t r y ；T i b a s e da l l o y ；s p e c t r o s c o p i ca n a l y s i s ；m a n g a n e s e ；c h r o m i u m ；z i r c o n i u m 万方数据