熔融制樣X射線熒光光譜法分析鐵合金

 

01 鐵合金

 

鐵合金是鐵與一種或幾種元素組成的中間合金。在鋼鐵工業中一般還把所有煉鋼用的中間合金，不論是否含鐵（如硅鈣合金），都稱為鐵合金。鐵合金在煉鋼時作為脫氧劑和元素添加劑加入鐵水中，使鋼具備某種特性或達到某種要求。

 

 

02鐵合金的XFR分析方法（制樣方法）

 

   ♦ 常規濕法化學分析鐵合金中的主次元素含量，存在操作復雜、分析時間長等問題。

   ♦ 一些鋼廠采用壓片制樣X射線熒光光譜法測量鐵合金，制樣方便，分析速度快。由于壓片制樣存在顆粒效應，影響一些較輕元素的測量準確度，比如硅鐵中的Si有接近1%的誤差。另外，元素間的吸收增強效應（比如，高碳錳鐵和低碳錳鐵有不同的基體效應）會影響一些較重元素的測量準確度。這個方法可應用于生產過程的質量控制。但是，這個準確度不滿足進廠原料的檢測要求。

   ♦ 為提高XRF分析鐵合金的測量準確度，有少數鋼鐵廠采用感應重熔法重鑄鐵合金：將鐵合金與純鐵粉混合后，在真空或保護氣氛下感應加熱熔化后通過離心澆鑄到模具中成型。感應重熔法可以消除鐵合金的顆粒效應，但制樣設備貴，制樣成本高。

   ♦ 近幾年，一些鋼廠開始嘗試熔融玻璃片法制備鐵合金樣品。熔融玻璃片可以消除樣品的顆粒效應和礦物效應，減少元素間的吸收增強效應，可以明顯提高測量準確度。

 

03鐵合金的熔融制樣

 

   ♦ 鐵合金熔融制樣的大困難是樣品對坩堝的腐蝕。鐵合金在高溫下很容易與鉑黃合金反應，引起合金化，嚴重腐蝕坩堝。比如，Si和Pt在842℃會發生合金化反應，形成低熔點鉑硅合金，下圖是Pt-Si二元相圖。

 

 

04鐵合金的熔融制樣對坩堝的腐蝕

  

   ♦ 如果直接在鉑黃坩堝中熔融鐵合金，對坩堝的腐蝕是非常嚴重的。為避免鐵合金對坩堝的腐蝕，在熔融制樣前需要對樣品進行*的預氧化處理，將樣品氧化為高價態的氧化物。

   ♦ 切記：鐵合金在熔融前必須*氧化，如果氧化不*，會腐蝕坩堝，甚至將坩堝熔透。

   ♦ 氧化不*的鐵合金樣品對坩堝的腐蝕  

 

 

 

   ♦ 情況下，甚至會將坩堝熔透  

 

 

 

05鐵合金的預氧化

 

1. 在空氣中加熱來氧化鐵合金是不夠的，需要加入氧化劑。常用的氧化劑有：

 

?—Ammonium nitrate  NH₄NO₃             170?C 

?—?Lithium nitrate  LiNO₃               255?C  

??—Sodium nitrate  NaNO₃                10?C  

??—Potassium nitrate  KNO₃              334?C  

??—Potassium iodate  KIO₃               560?C  

?—Strontium nitrate  Sr(NO₃)₂          570?C  

??—Lithium carbonate  Li₂CO₃            725?C  

??—Sodium carbonate  Na₂CO₃             851?C  

?—?Potassium carbonate  K₂CO₃           891?C  

 

2. 鐵合金的預氧化試驗包括

 

?—?不同的鐵合金要選擇合適的氧化劑，甚至是2種氧化劑的組合

?—?要加入足夠量的氧化劑

?—?選擇合適的氧化溫度和氧化時間

3.預氧化時需要注意的問題

 

很多鐵合金，比如硅鐵、錳鐵，是煉鋼時的脫氧劑，與氧化劑反應時會比較劇烈，甚至飛濺，引起測量誤差

 

 

Bruker公司的應用工程師結合國內外的試驗數據，經過多次試驗，也損失了些坩堝，找到了各種鐵合金的預氧化優化條件，包括：硅鐵、錳鐵、硅錳、鈦鐵、釩鐵、鉻鐵、鎳鐵、鉬鐵、鎢鐵、硅鈣、硅鈣鋇、硅鋁鈣鋇…附件的應用報告是熔融制樣X射線熒光光譜法分析硅鐵的報告，熔融制樣時以Li₂CO₃為氧化劑，在800℃下對樣品進行預氧化后熔融制樣，玻璃片均勻透明，對坩堝沒有腐蝕。