寶雞鈦中間合金廠家談海洋工程材料用鈦的化學成分快速分析技術

鐵基、鈦基、鎳基、錫基等多種基體海洋工程材料在船舶、海洋平臺、兵器、裝備等上應用廣泛，其成分嚴重影響其性能，對海洋工程材料化學成分進行準確、快速的分析是保證海洋工程材料質量和性能的前提和基礎，為材質研發和生產控制提供重要的參考及質量控制依據。目前國家標準、行業標準及期刊上的海洋工程材料分析方法有 ：容量法、光度法、重量法、原子吸收法、氫化物發生 - 原子熒光光譜法、X 射線熒光光譜法、電感耦合等離子體質譜法、輝光放電質譜法、真空直讀光譜法和 ICP-AES 法等，這些方法中有分析速度較慢的方法，也有分析速度較快的方法，分析速度較慢的方法存在步驟繁瑣、分析時間長、工作量大、一個元素一個方法的問題，分析快速的方法存在分析范圍滿足不了一些材料成分分析要求的問題，現有分析方法無法滿足材料研發和生產對檢測范圍及快速分析的要求。

應生產及科研所需，中國船舶重工集團公司第七二五研究所在“十五”期間成功申報了國防科技工業技術基礎科研項目對 JC 用金屬材料中微痕量元素分析方法進行了大量的試驗和系統的分析技術研究，2010 年6 月又獲科技創新課題《化學測試新方法研究》進行海洋工程材料化學分析技術研究，旨在解決海洋工程材料現有的測試方法步驟多、周期長、工作量大、未見有多元素同時測定的 ICP-AES 法等快速分析問題，建立鐵基、鈦基、鎳基、錫基等多種基體海洋工程材料的快速分析方法，建立船體鋼、海綿鈦、鈦合金、鎳基合金、錫基巴氏合金、鋁鉬合金、含氧化錫納米粉等海洋工程材料的 ICP-AES 法或原子熒光光譜法或石墨爐原子吸收法等，并將其申請專利、發表論文，使上述海洋工程材料成分的快速分析有方法可用，實現從無到有的技術突破，滿足材料研究和分析測試技術快速發展的需要。

1、主要技術指標

建立海洋工程材料的 ICP-AES 法、原子熒光光譜法、石墨爐原子吸光譜法等快速分析方法 ；適用于鐵基、鈦基、鎳基、錫基等多種基體海洋工程材料的多元素同時或單元素獨立測定；可應用于船體鋼、海綿鈦、鈦合金、鎳基合金、錫基巴氏合金、鋁鉬合金、含氧化錫納米粉等海洋工程材料的化學成分分析。

2、關鍵技術及發明點

2.1 發展了復雜基體樣品預處理技術，針對不同基體材料，確定了不同的試樣處理方法。解決了鎳基合金、氧化錫納米粉等樣品難溶解、部分元素易水解等難題。

2.2 研究并建立了 16 項方法，建立了鐵、鈦、鎳、錫基等多種基體海洋工程材料的 ICP-AES 法，這些方法的發明和建立，實現了從無到有的突破，解決了高低含量不同組分難以同時測定的難題，實現了高低含量不同元素的同時測定，解決了之前一個元素一個方法、存在的步驟多、周期長、勞動強度大、需要試劑種類多、用量大等問題，顯著提高了檢測準確度與效率。

2.3 建立了共存元素的光譜干擾消除技術，降低了檢出限，提高了一些材料的分析上限，擴展了分析方法的檢測范圍，檢測范圍比現有標準或方法更寬，更具優越性，解決了不同基體海工材料合金元素多、干擾嚴重、微痕量元素難以測定的難題，解決了現有方法或標準無法測定一些海工材料化學成分的難題。鈦合金中砷銻鋅鋇鎂等元素的檢測下限優于國內外現行同類標準方法 ,填補了現有國際分析方法的空白。

2.4 該成果主要發明點

（1）發明了一種用于海綿鈦中鋇百分含量的測定方法[1] ，解決了目前國標、ASTM 標準等標準中及相關期刊報道上均未見有海綿鈦中鋇含量測定的方法問題，為劃分海綿鈦的質量等級提供依據。

（2）發明了一種同時測定海綿鈦中九種雜質元素百分含量的分析方法[2] ，解決了目前國標和美標均未有海綿鈦中砷、銻、鋅的分析方法、現有海綿鈦中雜質元素分析標準的分析范圍不能滿足海綿鈦中微痕量雜質元素分析的需求問題，解決了現有的分析方法需對每個元素分別測定，存在步驟多、分析周期長、分析速度慢等問題。為海綿鈦加工和產品級別評判提供嚴謹的數據支撐。

（3）發明了一種鋁鉬合金中化學成分快速分析的方法[3] ，解決了目前未見有鋁鉬合金中鋁鉬鐵硅同時測定的快速分析方法問題，填補國際空白。

（4）發明了一種含氧化錫納米粉中雜質元素分析方法[4] ，解決了含氧化錫納米粉難以溶解、制備成溶液后又易水解、測試背景值高、上機測定儀器易熄火等技術難題，解決了目前未見有含氧化錫納米粉中鐵、硅等雜質元素測定的相關國家標準或行業標準或相關研究報道、沒有現成的分析方法問題。

（5）發明了一種船體鋼中微痕量碲的氫化物 - 原子熒光光譜快速測定方法[5] ，解決了現有分析快速的方法檢測下限較高、檢測下限低的方法過程繁瑣的問題，使得船體鋼中微痕量碲的分析簡單快速準確，解決了國內尚無原子熒光光譜法測定船體鋼中碲的方法標準問題。

（6）發明了一種原子熒光光譜法快速測定船體鋼中微痕量錫的檢測方法[6] ，解決了現有標準方法操作手續煩瑣、不易掌握、目前未見有船體鋼中微痕量錫的氫化物發生原子熒光光譜法問題，填補船體鋼中微痕量錫現有測試方法的空白。

（7）發明了一種石墨爐原子吸收法對船體鋼中微痕量鉛的快速檢測方法[7] ，解決了現有測試方法或者靈敏度低、或者過程煩瑣、時間冗長、重現性差、受基體影響大、未見有船體鋼中微痕量鉛的石墨爐原子吸收法的。

2.5 除發明了上述專利方法外，還研究建立了海洋工程材料化學成分的 ICP-AES 法建立了船體鋼中硼的 ICP-AES 法[8] 、鋯的 ICP-AES 法和砷、錫、銻的 ICP-AES 法

[9] ；建立了海綿鈦中鐵、硅、錳、鎂的 ICP-AES 法[10] ；建立了鈦合金中鉬、鋯、鈮的 ICP-AES 法[11] 、硼的 ICP-AES 法 [12] 和鐵、硅、鋁、釩的 ICP-AES 法 ；建立了鎳基合金中硅的 ICP-AES 測定方法[13] ；建立了錫基巴氏合金中銻和銅的 ICP-AES 法。

3 、實施效果

（1）成果在集團公司已進行應用。在我們所各研究室、各課題組、特裝、萬基鈦業、精鑄鈦業等子公司及船廠等單位都有應用，已應用于多個軍工科研項目及日常測試。

（2）應用效果好，效益顯著。成果的應用使材料成分分析由原來化學方法的 3 ～ 8 天到目前 1 天內完成，極大提高了工作效率 ；降低了成本。之前分析方法采用滴定法、重量法等，使用化學試劑種類多、用量大，而現在改為成果方法后，使用試劑種類少、用量小，降低了成本。

而且，分析速度提高了，還可減少個樣分析的工資成本支出 ；測試結果準確。過去一個元素的測定方法多達一二十步，出錯幾率大。該成果步驟少，僅三步，稱樣 - 溶樣 -測試，引入誤差的幾率也少。成果應用可節能降耗提高功效，成果應用取得的經濟效益顯著，應用效果良好。

（3）推廣應用價值大且已推廣。成果技術具有普適性，彌補了原檢測標準和方法的不足，填補了現有國際標準的空白，更具推廣應用價值和市場競爭力。該成果已應用于多家海洋工程材料研制、生產、應用、檢測單位。

成果的應用有助于引導分析測試行業技術進步，規范材料檢測行為，保障材料質量和性能，潛在效益大。

（4）未來應用。目前該成果方法主要用于海洋工程材料的分析測試領域，該分析技術未使用有毒試劑，不僅分析快速數據準確，而且還安全環保，也可推廣應用到航空航天、石油化工、煤炭地質等其他領域，未來應用前景十分廣闊。

參考文獻

[1] 杜米芳 . 一種用于海綿鈦中鋇百分含量的測定方法 ：201310305392.8[P].

[2] 杜米芳 . 一種鋁鉬合金中化學成分的分析方法 ：201310459456.X[P].

[3] 杜米芳，高靈清，張斌彬 . 一種同時測定海綿鈦中九種雜質元素百分含量的分析方法 ：201310305393.2[P].

[4] 杜米芳，高靈清，杜麗麗 . 含氧化錫納米粉中雜質元素分析方法 ：201210465301.2[P].

[5] 杜米芳，高靈清，李治亞 . 船體鋼中微痕量碲的氫化物－原子熒光光譜快速測定方法 ：200710054829.X[P].

[6] 杜米芳，李治亞，高靈清 . 原子熒光光譜法快速測定船體鋼中微痕量錫的檢測方法 ：200710054659.5[P].

[7] 李治亞，杜米芳，高靈清 . 石墨爐原子吸收法對船體鋼中微痕量鉛的快速檢測方法 ：200710054658.0[P].

[8] 杜米芳，聶富強，杜麗麗，等 . 電感耦合等離子體原子發射光譜法快速測定船體鋼中的微痕量硼 [J]，分析試驗室，2013，32( 增刊 ):212-216.

[9] 杜米芳，聶富強，杜麗麗，等 . 電感耦合等離子體原子發射光譜法測定船用鋼中砷錫銻 [J]. 冶金分析，2017，37(2):70-75.

[10] 杜米芳，李治亞，李景濱，等 . 電感耦合等離子體原子發射光譜法測定海綿鈦中的鐵硅錳鎂 [J]. 冶金分析，2009，29(7):24-27

[11] 杜米芳 . 電感耦合等離子體發射光譜法測定鈦合金中的鉬鋯鈮 [J]. 冶金分析，2015，35(10):77-81.

[12] 杜米芳 . 電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鈦合金中硼 [J]. 冶金分析，2010，30(11):50-53.

[13] 杜米芳 . 微波消解 - 電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鎳基合金中硅 [J]. 冶金分析，2017，37(4):71-75.