一种喷射成形铝合金的锆元素含量测定方法

技术领域

本发明涉及分析方法技术领域，更具体的是涉及一种喷射成形铝合金的锆元素含量测定方法。

背景技术

锆元素因最初在7XXX系Al-Zn-Cu-Mg系超高强铝合金中，用以代替Cr和Mn元素，主要作用为细化晶粒，提升强度，而得到广泛应用与研究。随着航空航天领域对铝合金的强韧性要求越来越高，锆元素也更多的应用于2系、6系、7系等航空航天常用铝合金成分配比中。

喷射成形技术是基于快速凝固技术而发展的一种材料成形先进工艺，其基本原理为熔融合金在惰性气氛中经高压气体喷射雾化并沿喷嘴轴线方向高速飞行，在雾化小液滴还未完全固化之前沉积到接收器上，经撞击、粘连、凝固而最终形成沉积坯料。由于冷速快合金元素迁移被局限在晶粒范围内，而不会产生铸造工艺下的宏观偏析，且可抑制晶粒粗化，大幅提高材料性能。该工艺可不受合金含量限制，大大扩宽了合金配方和规格，是目前继半连续铸造之后最先进的凝固技术，尤其适用于高合金含量和大规模锭坯制备。

目前依据GB/T 20975.19-2008及GB/T 20975.19-2020《铝及铝合金化学分析方法第19部分：锆含量的测定》标准中所编写，可以使用二甲酚橙分光光度法、偶氮胂Ⅲ分光光度法(已于2020版标准中取消)或Na

发明内容

本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种喷射成形铝合金的锆元素含量测定方法，包括将铝合金试样依次溶解在盐酸和过氧化氢溶液中，然后在高氯酸存在条件下，以二甲酚橙溶液显色后，采用分光光度法测定吸光度，同时绘制标准工作曲线，根据测得的吸光度和所述标准工作曲线获得铝合金中的锆元素含量。

本发明的技术方案是：一种喷射成形铝合金的锆元素含量测定方法，具体步骤包括：

1.1、试样溶液和空白溶液制备

试样溶液的制备：当试样中硅的质量分数小于1％时，试样溶液制备过程如下：称取0.5g试样置于250ml烧杯中，盖上表皿，分批次加入总量为25ml的盐酸(1+1)，待剧烈反应停止后，加入1ml 30％过氧化氢，缓慢加热至试样完全溶解，煮沸分解过量的过氧化氢，冷却后移入100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀即得；

当试样中硅的质量分数大于1％时，步骤1.1中试样溶液的制备过程如下：称取0.5g试样置于300ml聚四氟乙烯烧杯中，盖上表皿，加入10ml，400g/L氢氧化钠溶液，待剧烈反应停止后，滴加1ml 30％过氧化氢，用少量水清洗表皿和杯壁，加入蒸馏水蒸至浆状，冷却后采用温水冲洗杯壁，缓慢加入食盐类溶解，取下稍冷，加入40ml盐酸(1+1)，摇匀后，加热至溶液高于室温10℃，取下冷却，移入100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀即得；

空白溶液制备：采用铝单质代替试样，其余制备过程同步骤1.2.1，随同试料作为空白试验；

1.2、待测溶液的制备

移取5ml试样溶液于100ml容量瓶中，加入10ml高氯酸溶液，混匀；再加入5ml、1g/L二甲酚橙溶液，以水稀释至刻度，混匀，20-25℃下放置30min，即得；

1.3、绘制锆含量的工作曲线：

分别移取20μg/ml锆标准溶液0ml﹑0.5ml﹑1.00ml﹑2.00ml﹑3.00ml、4.00ml、5.00ml﹑6.00ml﹑7.00ml于8个100ml容量瓶中，分别加入5.00ml空白溶液，然后加入10ml、6.5mol/L高氯酸溶液，混匀；再加入5ml、1g/L二甲酚橙溶液，以水稀释至刻度，混匀，20-25℃下放置30min，得到标准溶液；

将上述标准溶液移入1cm吸收池中，以试剂空白溶液为参比，于分光光度计535nm处，测量其吸光度。以锆含量为横坐标，以吸光度为纵坐标，绘制锆含量的工作曲线；

1.4、测定待测溶液的吸光度值：

将待测溶液移入1cm吸收池中，以空白溶液为参比，在分光光度计波长535nm处，测量其吸光度；

1.5、确定待测溶液的锆含量

根据待测溶液的吸光度，在锆含量的工作曲线上查到相应的锆含量m1，通过下式计算：

式中：m

m

V

V

优选地，高氯酸溶液制备步骤为：移取275ml高氯酸(70.0％-72％)，以水稀释至500ml，混匀后得到浓度为6.5mol/L的高氯酸溶液。

优选地，锆标准溶液制备步骤为：用移液管移取20ml，浓度为1000μg/ml的锆单元素标准溶液，用水稀释至刻度，混匀，制得浓度为20μg/ml的锆标准溶液。

本发明的有益效果如下：本发明通过改进后的二甲酚橙分光光度法，对喷射成形铝合金中的化学成分硅元素含量元素进行测定，测定范围为0.010-0.50％，使用普通水浴炉和分光光度计即可满足测定设备需求，简单方便成本低廉。且在测量重复性及再现性条件下，获得的多次独立测量结果的测定值，重复性限r均满足标准中对应的重复性限要求，再现性限R均满足标准中对应的再现性限要求，即测量精密度满足标准要求，可以使用本测定方法代替标准测定方法。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种喷射成形铝合金的锆元素含量测定方法，具体步骤包括：

1.1、试剂准备

高氯酸溶液制备：移取275ml高氯酸(70.0％-72％)，以水稀释至500ml，混匀后得到浓度为6.5mol/L的高氯酸溶液；

锆标准溶液制备：用移液管移取20ml，浓度为1000μg/ml的锆标准溶液，用水稀释至刻度，混匀，制得浓度为20μg/ml的锆标准溶液；

1.2、试样溶液和空白溶液制备

试样溶液的制备：当试样中硅的质量分数小于1％时，试样溶液制备过程如下：称取0.5g试样置于250ml烧杯中，盖上表皿，分批次加入总量为25ml的盐酸(1+1)，待剧烈反应停止后，加入1ml 30％过氧化氢，缓慢加热至试样完全溶解，煮沸分解过量的过氧化氢，冷却后移入100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀即得；

当试样中硅的质量分数大于1％时，步骤1.1中试样溶液的制备过程如下：称取0.5g试样置于300ml聚四氟乙烯烧杯中，盖上表皿，加入10ml，400g/L氢氧化钠溶液，待剧烈反应停止后，滴加1ml 30％过氧化氢，用少量水清洗表皿和杯壁，加入蒸馏水蒸至浆状，冷却后采用温水冲洗杯壁，缓慢加入食盐类溶解，取下稍冷，加入40ml盐酸(1+1)，摇匀后，加热至溶液高于室温10℃，取下冷却，移入100ml容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀即得；

空白溶液制备：采用铝单质代替试样，其余制备过程同步骤1.2.1，随同试料作为空白试验；

1.3、待测溶液的制备

移取5ml试样溶液于100ml容量瓶中，加入10ml高氯酸溶液，混匀；再加入5ml、1g/L二甲酚橙溶液，以水稀释至刻度，混匀，20-25℃下放置30min，即得；

1.4、绘制锆含量的工作曲线：

分别移取20μg/ml锆标准溶液0ml﹑0.5ml﹑1.00ml﹑2.00ml﹑3.00ml、4.00ml、5.00ml﹑6.00ml﹑7.00ml于8个100ml容量瓶中，分别加入5.00ml空白溶液，然后加入10ml、6.5mol/L高氯酸溶液，混匀；再加入5ml、1g/L二甲酚橙溶液，以水稀释至刻度，混匀，20-25℃下放置30min，得到标准溶液；

将上述标准溶液移入1cm吸收池中，以试剂空白溶液为参比，于分光光度计535nm处，测量其吸光度。以锆含量为横坐标，以吸光度为纵坐标，绘制锆含量的工作曲线；

1.5、测定待测溶液的吸光度值：

将待测溶液移入1cm吸收池中，以空白溶液为参比，在分光光度计波长535nm处，测量其吸光度；

1.6、确定待测溶液的锆含量

根据待测溶液的吸光度，在锆含量的工作曲线上查到相应的锆含量m1，通过下式计算：

式中：m

m

V

V

通过实施例1中所示方法，对锆元素含量理论配比0.014％、0.04％、0.2％、0.42％的喷射成形铝合金中的锆元素含量进行测定，检测结果见表1和表2；

表1

表2

由表1和2数据可知，经过测定，在测量重复性及再现性条件下，获得的多次独立测量结果的测定值，重复性限r均满足标准中对应的重复性限要求，再现性限R均满足标准中对应的再现性限要求，即测量精密度满足标准要求，可以使用本测定方法代替标准测定方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。