錸作為鎳基高溫合金的重要金屬原材料，能明顯抑制鎳基單晶高溫合金中γ′相的粗化，從而顯著增大合金的共格有序強化效果，提高蠕變性能、持久性能和抗氧化性能。高純金屬錸采用還原法提取，并通過精煉得到純度較高的錸，以粉末冶金的方法加工成材，其中氧元素多以氧化物的形式存在，氮元素以氮化物的形式存在，氧元素在高溫條件下會大幅降低材料性能，氮元素作為特殊氣體元素，有時可作為強化元素，因而用高純金屬錸熔煉高溫合金，可從源頭上控制高溫合金中氧、氮元素的含量。有色金屬行業標準YS/T 1018— 2015《錸粒》中規定氧的質量分數小于0.03%，氮的質量分數小于0.001%，因此對高純金屬錸中氧、氮元素含量的檢測和控制尤為重要。

    目前分析金屬材料中氧、氮元素含量的方法有庫侖法、惰氣熔融-氣相色譜法、惰氣熔融-紅外吸收法、蒸餾分離分光光度法、惰氣熔融-熱導法等，其中惰氣熔融-紅外吸收/熱導法操作簡便、分析快速、準確度高，已成為測定無機材料中氧、氮元素含量的主要分析方法之一，但關于測定高純金屬錸中氧、氮元素含量的報道較少。因此，研究人員采用惰氣熔融-紅外吸收/熱導法測定高純金屬錸中氧、氮元素的含量，以鎳籃-鎳囊為助熔劑，通過單點校準法建立校準曲線，可滿足高純金屬錸中氧、氮元素的分析需求。

1.試驗方法

    使用機械裝置慢速旋轉切取高純金屬錸樣品，并將其加工成碎屑，不加潤滑液，用丙酮進行超聲波清洗，晾干。

    稱取 0.10~0.30g樣品置于鎳籃-鎳囊中并封口，再裝入試樣孔中，按照儀器工作條件進行測定。

2.結果與討論

2.1 助熔劑的選擇

     高純金屬錸（熔點3180℃）屬于難熔金屬，為便于氧、氮的釋放和檢測，需要添加助熔劑使高純金屬錸形成低熔點合金。試驗以高純金屬錸樣品1#、2#為研究對象，考察了不添加助熔劑（無浴）以及不同助熔劑（鎳囊、錫囊、鎳籃-錫囊、鎳籃-鎳囊）對樣品中氧、氮元素測定結果的影響，每個樣品平行制備8份，計算測定值的相對標準偏差（RSD），結果見表1。

     由表1可知：在不添加助熔劑以及采用錫囊、鎳囊、鎳籃-錫囊作為助熔劑時，氧、氮釋放峰的峰形扁平，釋放強度低，測定值均偏低，且測定值的RSD均大于7.5%，精密度較差；采用鎳籃-鎳囊作為助熔劑時，氧、氮釋放峰的峰形平滑完整，釋放強度明顯提高，且測定值的 RSD 均小于7.0%。因此，試驗選擇鎳籃-鎳囊作為助熔劑。

2.2 稱樣量的選擇

     稱樣量是影響測定結果的重要因素之一，稱樣量過小不具備代表性，稱樣量過大會影響樣品的熔融效果。試驗以高純金屬錸樣品1#、2#為研究對象，考察了不同稱樣量（0.01~0.03g，0.03~0.05g，0.05~0.10g，0.10~0.20g，0.20~0.30g，0.30~0.40g，0.40~0. 50g）對樣品中氧、氮元素測定結果的影響，每個樣品平行制備 8份，計算測定值的RSD，結果見表2。

    結果表明：當稱樣量小于0.10g 時，樣品熔體平展，測定結果相對較低，精密度較低；當稱樣量為0.10~0.30g時，樣品熔融效果較好，熔體平展有光澤，測定結果相對穩定，精密度較高；當稱樣量大于0.30g時，樣品熔融后熔體有結塊，并且發生溢出噴濺，熔融效果較差，精密度也較低。因此，試驗選擇的稱樣量為0.10~0.30g。

2.3 分析功率的選擇

     試驗以高純金屬錸樣品1#、2#為研究對象，考察了不同分析功率（3000，3250，3500，3750，4000，4250，4500，4750，5000W）對樣品中氧、氮元素測定結果的影響，結果見圖1。

    由圖1可知：隨著分析功率的增加，測定結果先逐步增大后趨于穩定；分析功率在4250~5000W時測定結果趨于穩定，表明樣品中的氧、氮得到了完全釋放，但由于分析功率過高會導致樣品迸濺并且會對加熱爐壽命產生影響。因此，試驗選擇的分析功率為4500W。

2.4 校準曲線和檢出限

     試驗采用單點校準法，以鋼標準物質中氧、氮含量水平盡量接近或略高于樣品中氧、氮含量水平為原則，分別選用鋼標準物質502-704、502-884，以氧、氮元素的質量分數為橫坐標，其對應的積分強度為縱坐標繪制校準曲線。結果表明，氧元素的線性范圍在0.0430%以內，線性回歸方程為 y=1.067x，氮元素的線性范圍在0.0043%以內，線性回歸方程為y=1.032x；分別以鋼標準物質502-855、502-712對氧、氮的校準曲線進行驗證，氧的測定值為0.0120%，氮的測定值為0.0005%，均在認定值的不確定度范圍內。

     氧、氮的空白值主要是由助熔劑、石墨坩堝、載氣等引起的。按照試驗方法對鎳籃-鎳囊連續測定11次，質量輸入為1.0000g，計算氧、氮的空白值及標準偏差s，以3倍和10倍的標準偏差計算檢出限（3s）和測定下限（10s）。結果表明，氧、氮的檢出限為0.0005%，0.00005%，測定下限為0.0015%，0.00016%。

2.5 精密度試驗

     按照試驗方法對高純金屬錸樣品 1#、2#分別平行制備8份并測定，計算測定值的RSD，結果見表3。

2.6 回收試驗

    在高純金屬錸樣品1#、2#中加入一定量的鋼標準物質502-884、502-712并進行加標回收試驗，計算回收率，結果見表4。

2.7 方法比對

    分別采用本方法與惰氣熔融-氣相色譜法對高純金屬錸樣品1#、2#中氧、氮元素進行測定，每個樣品平行制備8份，結果見表5。

    由表5可知，本方法和惰氣熔融-氣相色譜法的測定值基本一致。由于高純金屬錸樣品1#中氮元素的質量分數大于0.001%，高于有色金屬行業標準YS/T1018— 2015《錸粒》中的要求，說明該樣品不符合行業標準規定。

3.試驗結論

    研究人員以鎳籃-鎳囊為助熔劑，采用惰氣熔融-紅外吸收/熱導法測定高純金屬錸中氧、氮元素的含量。該方法操作簡便，具有良好的準確度和精密度，適用于分析高純金屬錸中氧、氮元素的含量。

作者：楊崢，王子豪，梁鈧，鄭松波，王桂軍

單位：1.中國航發北京航空材料研究院；

2. 航空材料檢測與評價北京市重點實驗室；

3. 中國航空發動機集團材料檢測與評價重點實驗室

來源：《理化檢驗-化學分冊》2025年第1期