宝鸡钛中间合金厂家谈海洋工程材料用钛的化学成分快速分析技术

铁基、钛基、镍基、锡基等多种基体海洋工程材料在船舶、海洋平台、兵器、装备等上应用广泛，其成分严重影响其性能，对海洋工程材料化学成分进行准确、快速的分析是保证海洋工程材料质量和性能的前提和基础，为材质研发和生产控制提供重要的参考及质量控制依据。目前国家标准、行业标准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、氢化物发生 - 原子荧光光谱法、X 射线荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法、辉光放电质谱法、真空直读光谱法和 ICP-AES 法等，这些方法中有分析速度较慢的方法，也有分析速度较快的方法，分析速度较慢的方法存在步骤繁琐、分析时间长、工作量大、一个元素一个方法的问题，分析快速的方法存在分析范围满足不了一些材料成分分析要求的问题，现有分析方法无法满足材料研发和生产对检测范围及快速分析的要求。

应生产及科研所需，中国船舶重工集团公司第七二五研究所在“十五”期间成功申报了国防科技工业技术基础科研项目对 JC 用金属材料中微痕量元素分析方法进行了大量的试验和系统的分析技术研究，2010 年6 月又获科技创新课题《化学测试新方法研究》进行海洋工程材料化学分析技术研究，旨在解决海洋工程材料现有的测试方法步骤多、周期长、工作量大、未见有多元素同时测定的 ICP-AES 法等快速分析问题，建立铁基、钛基、镍基、锡基等多种基体海洋工程材料的快速分析方法，建立船体钢、海绵钛、钛合金、镍基合金、锡基巴氏合金、铝钼合金、含氧化锡纳米粉等海洋工程材料的 ICP-AES 法或原子荧光光谱法或石墨炉原子吸收法等，并将其申请专利、发表论文，使上述海洋工程材料成分的快速分析有方法可用，实现从无到有的技术突破，满足材料研究和分析测试技术快速发展的需要。

1、主要技术指标

建立海洋工程材料的 ICP-AES 法、原子荧光光谱法、石墨炉原子吸光谱法等快速分析方法 ；适用于铁基、钛基、镍基、锡基等多种基体海洋工程材料的多元素同时或单元素独立测定；可应用于船体钢、海绵钛、钛合金、镍基合金、锡基巴氏合金、铝钼合金、含氧化锡纳米粉等海洋工程材料的化学成分分析。

2、关键技术及发明点

2.1 发展了复杂基体样品预处理技术，针对不同基体材料，确定了不同的试样处理方法。解决了镍基合金、氧化锡纳米粉等样品难溶解、部分元素易水解等难题。

2.2 研究并建立了 16 项方法，建立了铁、钛、镍、锡基等多种基体海洋工程材料的 ICP-AES 法，这些方法的发明和建立，实现了从无到有的突破，解决了高低含量不同组分难以同时测定的难题，实现了高低含量不同元素的同时测定，解决了之前一个元素一个方法、存在的步骤多、周期长、劳动强度大、需要试剂种类多、用量大等问题，显著提高了检测准确度与效率。

2.3 建立了共存元素的光谱干扰消除技术，降低了检出限，提高了一些材料的分析上限，扩展了分析方法的检测范围，检测范围比现有标准或方法更宽，更具优越性，解决了不同基体海工材料合金元素多、干扰严重、微痕量元素难以测定的难题，解决了现有方法或标准无法测定一些海工材料化学成分的难题。钛合金中砷锑锌钡镁等元素的检测下限优于国内外现行同类标准方法 ,填补了现有国际分析方法的空白。

2.4 该成果主要发明点

（1）发明了一种用于海绵钛中钡百分含量的测定方法[1] ，解决了目前国标、ASTM 标准等标准中及相关期刊报道上均未见有海绵钛中钡含量测定的方法问题，为划分海绵钛的质量等级提供依据。

（2）发明了一种同时测定海绵钛中九种杂质元素百分含量的分析方法[2] ，解决了目前国标和美标均未有海绵钛中砷、锑、锌的分析方法、现有海绵钛中杂质元素分析标准的分析范围不能满足海绵钛中微痕量杂质元素分析的需求问题，解决了现有的分析方法需对每个元素分别测定，存在步骤多、分析周期长、分析速度慢等问题。为海绵钛加工和产品级别评判提供严谨的数据支撑。

（3）发明了一种铝钼合金中化学成分快速分析的方法[3] ，解决了目前未见有铝钼合金中铝钼铁硅同时测定的快速分析方法问题，填补国际空白。

（4）发明了一种含氧化锡纳米粉中杂质元素分析方法[4] ，解决了含氧化锡纳米粉难以溶解、制备成溶液后又易水解、测试背景值高、上机测定仪器易熄火等技术难题，解决了目前未见有含氧化锡纳米粉中铁、硅等杂质元素测定的相关国家标准或行业标准或相关研究报道、没有现成的分析方法问题。

（5）发明了一种船体钢中微痕量碲的氢化物 - 原子荧光光谱快速测定方法[5] ，解决了现有分析快速的方法检测下限较高、检测下限低的方法过程繁琐的问题，使得船体钢中微痕量碲的分析简单快速准确，解决了国内尚无原子荧光光谱法测定船体钢中碲的方法标准问题。

（6）发明了一种原子荧光光谱法快速测定船体钢中微痕量锡的检测方法[6] ，解决了现有标准方法操作手续烦琐、不易掌握、目前未见有船体钢中微痕量锡的氢化物发生原子荧光光谱法问题，填补船体钢中微痕量锡现有测试方法的空白。

（7）发明了一种石墨炉原子吸收法对船体钢中微痕量铅的快速检测方法[7] ，解决了现有测试方法或者灵敏度低、或者过程烦琐、时间冗长、重现性差、受基体影响大、未见有船体钢中微痕量铅的石墨炉原子吸收法的。

2.5 除发明了上述专利方法外，还研究建立了海洋工程材料化学成分的 ICP-AES 法建立了船体钢中硼的 ICP-AES 法[8] 、锆的 ICP-AES 法和砷、锡、锑的 ICP-AES 法

[9] ；建立了海绵钛中铁、硅、锰、镁的 ICP-AES 法[10] ；建立了钛合金中钼、锆、铌的 ICP-AES 法[11] 、硼的 ICP-AES 法 [12] 和铁、硅、铝、钒的 ICP-AES 法 ；建立了镍基合金中硅的 ICP-AES 测定方法[13] ；建立了锡基巴氏合金中锑和铜的 ICP-AES 法。

3 、实施效果

（1）成果在集团公司已进行应用。在我们所各研究室、各课题组、特装、万基钛业、精铸钛业等子公司及船厂等单位都有应用，已应用于多个军工科研项目及日常测试。

（2）应用效果好，效益显著。成果的应用使材料成分分析由原来化学方法的 3 ～ 8 天到目前 1 天内完成，极大提高了工作效率 ；降低了成本。之前分析方法采用滴定法、重量法等，使用化学试剂种类多、用量大，而现在改为成果方法后，使用试剂种类少、用量小，降低了成本。

而且，分析速度提高了，还可减少个样分析的工资成本支出 ；测试结果准确。过去一个元素的测定方法多达一二十步，出错几率大。该成果步骤少，仅三步，称样 - 溶样 -测试，引入误差的几率也少。成果应用可节能降耗提高功效，成果应用取得的经济效益显著，应用效果良好。

（3）推广应用价值大且已推广。成果技术具有普适性，弥补了原检测标准和方法的不足，填补了现有国际标准的空白，更具推广应用价值和市场竞争力。该成果已应用于多家海洋工程材料研制、生产、应用、检测单位。

成果的应用有助于引导分析测试行业技术进步，规范材料检测行为，保障材料质量和性能，潜在效益大。

（4）未来应用。目前该成果方法主要用于海洋工程材料的分析测试领域，该分析技术未使用有毒试剂，不仅分析快速数据准确，而且还安全环保，也可推广应用到航空航天、石油化工、煤炭地质等其他领域，未来应用前景十分广阔。

参考文献

[1] 杜米芳 . 一种用于海绵钛中钡百分含量的测定方法 ：201310305392.8[P].

[2] 杜米芳 . 一种铝钼合金中化学成分的分析方法 ：201310459456.X[P].

[3] 杜米芳，高灵清，张斌彬 . 一种同时测定海绵钛中九种杂质元素百分含量的分析方法 ：201310305393.2[P].

[4] 杜米芳，高灵清，杜丽丽 . 含氧化锡纳米粉中杂质元素分析方法 ：201210465301.2[P].

[5] 杜米芳，高灵清，李治亚 . 船体钢中微痕量碲的氢化物－原子荧光光谱快速测定方法 ：200710054829.X[P].

[6] 杜米芳，李治亚，高灵清 . 原子荧光光谱法快速测定船体钢中微痕量锡的检测方法 ：200710054659.5[P].

[7] 李治亚，杜米芳，高灵清 . 石墨炉原子吸收法对船体钢中微痕量铅的快速检测方法 ：200710054658.0[P].

[8] 杜米芳，聂富强，杜丽丽，等 . 电感耦合等离子体原子发射光谱法快速测定船体钢中的微痕量硼 [J]，分析试验室，2013，32( 增刊 ):212-216.

[9] 杜米芳，聂富强，杜丽丽，等 . 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定船用钢中砷锡锑 [J]. 冶金分析，2017，37(2):70-75.

[10] 杜米芳，李治亚，李景滨，等 . 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定海绵钛中的铁硅锰镁 [J]. 冶金分析，2009，29(7):24-27

[11] 杜米芳 . 电感耦合等离子体发射光谱法测定钛合金中的钼锆铌 [J]. 冶金分析，2015，35(10):77-81.

[12] 杜米芳 . 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛合金中硼 [J]. 冶金分析，2010，30(11):50-53.

[13] 杜米芳 . 微波消解 - 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定镍基合金中硅 [J]. 冶金分析，2017，37(4):71-75.