脈沖加熱-惰氣熔融紅外吸收熱導(dǎo)法測定銅中氧氮氫

1前言

銅及銅合金以其優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐腐蝕性能，以及良好的力學(xué)性能和加工成型性，廣泛應(yīng)用于電力、電子、交通、船舶、航空航天、機(jī)械、石油化工、新能源等領(lǐng)域。隨著2024年4月25日發(fā)布與2024年11月1日正式實施的GB/T 5121.8-2024《銅及銅合金化學(xué)分析方法 第8部分： 氧、氮、氫含量的測定》，通過增加氮、氫元素的測定方法和擴(kuò)大氧元素的測定范圍，進(jìn)一步提高了標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性，在提升銅及銅合金產(chǎn)品質(zhì)量，助力我國銅及銅合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面具有重要意義。

圖1

鋼研納克采用ONH5500氧氮氫分析儀，參考GB/T 5121.8-2024《銅及銅合金化學(xué)分析方法 第8部分： 氧、氮、氫含量的測定》建立了銅及銅合金中氧氮氫元素檢測方案，測定銅及銅合金中氧氮氫元素成分含量。

實驗采用石墨套坩堝，樣品在惰性氣氛下加熱熔融，在分析功率3.0kW下，氧、氮、氫釋放比較完-全且穩(wěn)定性較好。該方法用于銅中氧氮氫的測定，結(jié)果滿足客戶需求。

圖2 鋼研納克ONH 5500分析儀

2 實驗部分

2.1 實驗儀器和試劑

儀器： ONH 5500鋼研納克；

坩堝：高純石墨坩堝；

載氣：高純He（99.999 %）；

動力氣：普通N2（99.5 %）；

標(biāo)準(zhǔn)樣品：見表1

待測樣品：銅合金

表1標(biāo)準(zhǔn)樣品

2.2  分析原理

在脈沖電極爐的高溫條件下，樣品在惰性氣氛的石墨坩堝中熔融，氧元素的分析方法主要是與構(gòu)成石墨坩堝的碳發(fā)生氧化還原反應(yīng)，樣品中的氧被轉(zhuǎn)化成CO2和少量的CO，并在后續(xù)的轉(zhuǎn)化爐中將CO轉(zhuǎn)化為CO2；樣品中的氫元素主要轉(zhuǎn)化為氫氣之后在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)轉(zhuǎn)化為水，二氧化碳和水蒸氣通過恒溫加熱管到達(dá)紅外檢測系統(tǒng)，從而氧和氫均可在紅外檢測系統(tǒng)中進(jìn)行檢測，并最終計算出樣品中氧、氫元素的含量。氮一般通過熔融使各種狀態(tài)的氮轉(zhuǎn)化成氮氣，然后經(jīng)過氣路凈化吸收后通過熱導(dǎo)檢測器檢測氮元素的含量。

2.3 實驗方法

在儀器處于待機(jī)狀態(tài)時打開到分析狀態(tài)后，打開軟件啟動分析儀預(yù)熱15-20分鐘左右，設(shè)定分析功率3.0kW和分析時間35s，等待基線穩(wěn)定后，打開脈沖爐在下電極上放置一個新的石墨坩堝后關(guān)閉脈沖爐。稱取待測銅合金樣放入加樣口，加樣完成后分析儀將按照運行流程進(jìn)行分析，此時軟件界面將會出現(xiàn)實時釋放曲線，通過建立的方法計算以及輸出氧、氮、氫的含量。

3 結(jié)果與討論

3.1 分析條件建立

3.1.1分析功率的確定  

按照2.3中實驗方法，將分析功率從2.0 kW開始，每步增加0.5 kW，直到3.0 kW，考察功率變化對氧氮測定結(jié)果的影響。結(jié)果表明：隨著功率升氧氮氫測定值逐步升高，當(dāng)功率升高到3.0 kW后，氮的測定值不再增加，樣品熔融效果很好，熔體光滑。此時，氧氮氫的測定值均處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此實驗選擇功率為3.0kW。圖3，樣品熔體形貌。

圖3 樣品熔體形貌

         2.0kW               2.5kW                3.0kW

3.1.2 稱樣量的選擇

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)上規(guī)定稱樣量0.5-2.0g，實際測試選擇兩組銅棒樣品，做7次平行實驗，稱樣量0.8-2.0g之間，樣品熔融釋放完-全，熔體表面光滑，氧氮氫的分析結(jié)果精度都比較好。

表2 樣品測試結(jié)果

3.2 校準(zhǔn)曲線

由于沒有專用的銅中氮氫標(biāo)樣，選擇不銹鋼中氮氫的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定。以被測樣品中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與相應(yīng)檢測池的輸出信號電壓值繪制校準(zhǔn)曲線，曲線如圖4，圖5，圖6所示，校準(zhǔn)曲線的線性良好，各線性相關(guān)系數(shù)均大于0.9995，符合測定要求。

圖4 氧校準(zhǔn)曲線

圖5 氮校準(zhǔn)曲線

圖6 氫校準(zhǔn)曲線

4 結(jié)論

本文采用石墨套坩堝，在分析功率3.0kW條件下，參考GB/T 5121.8-2024《銅及銅合金化學(xué)分析方法 第8部分： 氧、氮、氫含量的測定》建立了銅及銅合金中氧氮氫元素檢測方案，測定銅及銅合金中氧氮氫元素成分含量。其結(jié)果穩(wěn)定性較好，氧氮氫的釋放比較完-全且精度較好，測定結(jié)果滿足客戶需求。