一种火药发射烧蚀产物中氮化物测量方法

技术领域

本发明属于材料分析技术领域，具体涉及一种火药发射烧蚀产物中氮化物测量方法。

背景技术

身管武器用于与火药气体配合，赋予弹丸一定初速和保证弹丸飞行稳定的旋转速度。近年来，随着高初速、高射速、远射程身管武器的发展，身管也承受越来越严重的发射药燃气热物理化学作用、高速流动燃气的冲刷以及弹丸的磨损作用，身管烧蚀性问题日渐突出。

在高温、高压环境下，发射药燃气与身管材料发生化学反应，生成硬而脆或者熔点更低的氧化物、碳化物、氮化物等，包含这些新生成化合物的表面薄层局部容易生成裂纹、被气流冲刷掉或者被弹带摩擦掉，从而使烧蚀加剧。在烧蚀产物中，氧化物、碳化物被认为是主要的存在形式，因而相应的检测更加容易实现。而其中的氮化物常夹杂在其他烧蚀产物中，不易于直接观察。目前，尚未见关于发射烧蚀产物中氮化物的定量分析的具体方法，这严重制约了发射烧蚀性研究的深入开展。

发明内容

针对以上技术需求，本发明提出了一种火药发射烧蚀产物中氮化物的测量方法，解决发射烧蚀产物中氮化物定量分析的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种火药发射烧蚀产物中氮化物测量方法，包括以下步骤：

步骤1，将待测样品与溴、乙酸甲酯混合，在60～70℃下进行冷凝回流反应2～4h，冷却后减压抽滤得到氮化物残渣，残渣清洗、干燥后得固体产物A；所述待测样品的质量与溴的体积比范围为1:3～1:4，溴与乙酸甲酯的体积比为1:5～1:4；

步骤2，将步骤1的固体产物A与硝酸、氢氟酸、高氯酸混合反应使固体完全溶解，加热蒸干溶剂,得到固体产物B；所述固体产物A的质量与加入硝酸、氢氟酸、高氯酸的总物质的量比为1g:8～20mol；

步骤3，将固体产物B与酸混合，50～100℃加热10～30min，冷却，获得待测溶液；

步骤4，采用等离子体发射光谱仪对待测溶液检测，得到氮化物含量。

优选的，所述步骤1中，首先将待测样品与溴混合，在反应过程中分多次向混合体系中加入乙酸甲酯，每次间隔时间为15～20min。

优选的，所述步骤2中，首先将固体产物A与硝酸、氢氟酸混合，反应10～30min后，再加入高氯酸反应至固体完全溶解。

优选的，所述步骤2中硝酸、氢氟酸、高氯酸按照摩尔比为1:1.5:0.8的比例混合。

优选的，所述步骤2中，加热蒸干温度为150～200℃，时间为0.5～2h。

优选的，所述步骤3中的酸为去离子水、硝酸和盐酸的混合酸，其中去离子水与硝酸摩尔比为1:150～1:170，硝酸与盐酸摩尔比为1:0.8。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明方法实现了对发射烧蚀产物中氮化物的分离和分析，克服了现有显微分析方法受制于研究人员知识和经验的局限性，能够对烧蚀产物中氮化物的属性进行准确的定量分析。而且本发明所用方法操作简便，人为影响因素小，结果准确率高。

附图说明

图1为实施例4得到的强度与浓度相关的校准曲线。

图2为实施例1的固体产物A的面扫面图。

具体实施方式

本发明公开了一种火药发射烧蚀产物中氮化物测量方法，该方法首先对发射烧蚀样品中的氮化物进行分离，然后利用等离子体发射光谱仪等设备来测量含量。具体包括以下步骤：

步骤1，将待测样品与溴、乙酸甲酯混合，在60～70℃下进行冷凝回流反应2～4h，使得待测样品的基体金属完全溶解，冷却后减压抽滤得到氮化物残渣，残渣清洗、干燥后得固体产物A。

本发明中乙酸甲酯的加入方式优选：首先将待测样品与溴置于反应容器中混合，具体的反应容器为冷凝回流装置，然后通入少量的乙酸甲酯，本发明优选的，首次加入乙酸甲酯的量按照与待测样品质量与乙酸甲酯体积比为1:2.5的比例混合；然后将体系升温至60～70℃下进行冷凝回流反应2～4h，在该反应过程中再分多次向混合体系中加入乙酸甲酯，每次间隔时间为15～20min。

本发明中，待测样品的质量与溴的体积比范围为1:3～1:4，溴与乙酸甲酯的总体积比为1:5～1:4。

步骤2，将步骤1的固体产物A与硝酸、氢氟酸、高氯酸混合反应使固体完全溶解，具体是反应至混合溶液中看不到固体物为止；然后加热蒸干溶剂,得到固体产物B。其中，固体产物A的质量与加入的硝酸、氢氟酸、高氯酸的总物质的量比为1g：8～20mol。更优选的，硝酸、氢氟酸、高氯酸按照摩尔比为1:1.5:0.8的比例混合。

本发明中的硝酸、氢氟酸、高氯酸的加入方法优选：首先将固体产物A与硝酸、氢氟酸混合，反应10～30min后，再加入高氯酸反应至固体完全溶解。

本发明中的加热蒸干温度优选150～200℃，时间为0.5～2h。

步骤3，将固体产物B与酸混合，50～100℃加热10～30min，冷却，获得待测溶液。本步骤中酸优选去离子水、硝酸和盐酸的混合酸，其中去离子水与硝酸摩尔比为1:150～1:170，硝酸与盐酸摩尔比为1:0.8。

步骤4，采用等离子体发射光谱仪对待测溶液检测，得到氮化物中金属元素的含量。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例中，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明下述实施例中使用的溴、乙酸甲酯、硝酸、氢氟酸、高氯酸、盐酸均为市购。

实施例1

步骤1，称取0.1g待测样品，置于酯-卤提取器的反应瓶中，加入0.3mL溴，连接好冷凝装置后接通冷凝水。然后通过冷凝器加入0.25mL乙酸甲酯。之后每隔15min继续分五次加入乙酸甲酯，每次0.25mL。在加热温度为70℃条件下进行冷凝回流，反应2h直至基体金属完全溶解。冷却后减压抽滤得到氮化物残渣，用乙酸甲酯反复洗涤残渣4次，再用水洗涤2次，50℃下真空干燥48h后得到固体产物A。如图2所示，通过面扫描分析，可以确认A中含有大量氮，金属元素以铁为主。

步骤2，将所得固体产物A转移至聚四氟乙烯烧杯中，加入4mL浓度为15.0mol/L的硝酸和4mL浓度为22.5mol/L的氢氟酸，待反应停止后加入4mL高氯酸，置于电热炉上加热蒸干，本实施例的加热蒸干温度为150～200℃，得到固体产物B；

步骤3，固体产物B冷却后加入8mL水、4mL浓度为15.0mol/L硝酸和4mL浓度为12mol/L的盐酸，加热10min。冷却后用水定容于100mL容量瓶中，混匀，得到待测溶液1#。

实施例2

步骤1，称取0.3g待测样品，置于酯-卤提取器的反应瓶中，加入1mL溴，连接好冷凝装置后接通冷凝水。然后通过冷凝器加入0.75mL乙酸甲酯。之后每隔18min继续分五次加入乙酸甲酯，每次0.75mL。在加热温度为60℃条件下进行冷凝回流，反应3h。冷却减压抽滤得到氮化物残渣，用乙酸甲酯反复洗涤残渣4次，再用水洗涤2次，50℃下真空干燥48h后得到固体产物A。

步骤2，将所得固体产物A转移至聚四氟乙烯烧杯中，加入6mL硝酸和6mL氢氟酸，待反应停止后加入6mL高氯酸，置于电热炉上加热蒸干，得到固体产物B；

步骤3，固体产物B冷却后加入10mL水、6mL硝酸和6mL盐酸，加热10min以溶解盐类。冷却后用水定容于100mL容量瓶中，混匀，得到待测溶液2#。本实施例中所用的硝酸、氢氟酸、高氯酸以及盐酸的浓度与实施例1相同。

实施例3

称取0.5g待测样品，置于酯-卤提取器的反应瓶中，加入1.5mL溴，连接好冷凝装置后接通冷凝水。然后通过冷凝器加入1.25mL乙酸甲酯。之后每隔20min继续分五次加入乙酸甲酯，每次1.25mL。在加热温度为65℃条件下进行冷凝回流，反应4h直至基体金属完全溶解。冷却后减压抽滤得到氮化物残渣，用乙酸甲酯反复洗涤残渣4次，再用水洗涤2次，50℃下真空干燥48h后得到固体产物A。

步骤2，将所得固体产物转移至聚四氟乙烯烧杯中，加入8mL硝酸和8mL氢氟酸，待反应停止后加入8mL高氯酸，置于电热炉上加热蒸干，得到固体产物B；

步骤3，固体产物B冷却后加入12mL水、8mL硝酸和8mL盐酸，加热10min以溶解盐类。冷却后用水定容于100mL容量瓶中，混匀，得到待测溶液3#。本实施例中所用的硝酸、氢氟酸、高氯酸以及盐酸的浓度与实施例1相同。

实施例4

配制好1μg/mL铁标准溶液待用。分别移取0、2.0mL、4.0mL、6.0mL、8.0mL放入5个100mL容量瓶中，每个加入0.5mL盐酸，稀释至刻度，混合均匀。用等离子体发射光谱仪进行检测，得到强度与浓度相关的校准曲线，如图1所示。校准曲线拟合后得到线性回归方程：y＝17748x+17.5，线性相关系数为R

分别用上述等离子体发射光谱仪对实施例1-3中的三个待测溶液1#、2#、3#进行检测，每个样品检测五次，结果如下表1所示，表1中平均值是指待测溶液中铁元素的百分含量。

表1实施例1-3的三个待测溶液的测试结果

可以看出，上述实施例测试结果的相对标准偏差较低，本发明方法精密度较好，能够对对烧蚀产物中氮化物的属性进行定量分析。

此处需要说明的是，本实施例仅对氮化物中铁元素的含量进行了测试，以此来验证本发明测量方法的精确度，氮化物中其他元素含量测定时需要配置各自对应的标准液，测量方法同铁元素。