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【官人按】电镀镉钛合金镀层中钛含量测定方法

大耳朵兔兔

2018/09/05

私聊

ICP光谱

电镀镉钛合金镀层中钛含量测定方法

陈妮绒彭戬王路杨晓琴

中国航发贵州红林动力控制科技有限公司

【摘要】：本文通过ICP测定电镀合金镀层中钛含量，用硝酸铵褪镀层，用硝酸硫酸溶解镀层，然后上机测定。此方法操作简便，准确度高。相对标准误差RSD小于5%。
关键词：电感耦合等离子发射光谱仪电镀镉钛
前言
镉-钛电镀工艺由于其具有显著的低氢脆性，已成为在海洋性气候条件下工作的高强度钢零件、弹性件、薄壁零件理想的代镀镉层，并且该电镀溶液不含氰化物，利于环保、清洁生产，对操作人员伤害较小等特点，在国内外航空航天工业中具有广阔的应用前景。
为了测量到准确、误差小的数值，发挥设备的功能，改善传统的检测方法，减少人的误差，最终确立了使用仪器ICP测定。先进检测技术ICP测定电镀镉钛合金中钛含量的测定，方法简便精确度高。
1 试验过程
1.1仪器和工作参数
ICP-OES（Optima 5300 DV）电感耦合等离子光谱。
液氩压力 0.6-0.8MPa
等离子体功率 1500瓦
雾化器流量 0.55L/Min
辅助气体流量 0.2 L/Min
冷却气体 15 L/Min
光源稳定延迟 15 S
蠕动泵试样流量 1.50Ml/Min
1.2 仪器工作条件
1.2.1发生器功率：1.3KW；等离子气流量：15L/min；辅助气流量：0.2 L/min；载气流量：0.8 L/min；液提升量：1.5mL/min。
1.2.2元素分析波长：Ti：336.940nm。
1.3 样品处理
电镀镉-钛试样制成20 mm×30 mm的试片。
将镀镉钛试片清洗干净后，放入120±5℃的DB-211SCB烘干箱内烘30 min，取出放入干燥器中冷却至室温、称重G₁。将试片于300 ml烧杯中，加硝酸铵溶液浸没试样，待镀层溶解后，用套有橡皮头的玻璃棒将试片表面附着物擦洗到烧杯中，取出试片冲洗干净，再用乙醇脱水，再放入120±5℃的烘干箱内30 min，取出放入干燥器中冷却至室温、称重G₂。两次重量差即为待测镉钛层的重量。
往烧杯中加浓硝酸2ml，浓硫酸5ml，长时间加热至冒白色浓烟（注意保持摇动，避免发生迸溅伤人），冷却后用少量水溶解盐类，移至50ml容量瓶中。以7-41的两个样品为例。
1）用于测镀层中Ti含量的试样，镀后可不除氢、不钝化，便于镀层退镀；
2）配置标准曲线时加入Ti标准溶液量，需根据退镀下的镀层多少适当调节；
3）在容量瓶中缓慢加入硫酸前，一定要先加入适量的水，否则硫酸溶于水放出大量热量，会使容量瓶炸裂造成危险。
1.4分析试样
1.4.1绘制校准曲线
准确吸取1000μg/mL的 Ti标准溶液1 mL、2 mL、4 mL,用去离子水分别稀释到50mL，摇匀，稀释成20μg/mL、40μg/mL、80μg/mL的Ti系列标准溶液。
将上述系列标准溶液按仪器工作条件，在ICP上测定，并以元素含量为横坐标，光强值为纵坐标绘制校正曲线。如图1所示。

图1 电镀镉钛镀层中钛含量的标准曲线图

1.4.2在ICP的工作页面，分别测定空白、标样、控样、试样。
2试验结果与讨论
2.1试验结果
按上述仪器工作条件设置分析方法，打开分析方法，将处理好的样品在仪器上顺序测量，直接读出待测电镀镉-钛镀层中Ti元素的含量C_Ti。具体试验结果见表1。
2.1.1 计算

Ti（%）= 0.005C_Ti/(G₁-G₂)

C_Ti—ICP测得电镀镉钛溶液的浓度（μg/mL）；
G1—电镀镉-钛试样的质量（g）；
G2—褪镀后镉-钛试样的质量（g）；

表 1 钛含量的计算结果

编号	G1（g）	G2（g）	G2-G1（g）	C_Ti（mg/L）	Ti%	试验者
DD7-41-1	7.9509	7.8040	0.1469	6.742	0.23	陈妮绒
DD7-41-2	8.2854	8.0651	0.2203	10.740	0.24	陈妮绒
DD7-41-1	8.4020	8.2000	0.2020	10.100	0.25	肖红英
DD7-41-2	9.5020	9.3220	0.1800	8.280	0.23	肖红英

按照技术条件规定，电镀镉钛合金镀层中钛含量为0.1%～0.7%，试验结果均在范围内。
2.2 样品处理方法的选择
褪镀剂的选择，如何选择一种好的褪镀剂，褪掉镀层又不伤害基体。经过反复试验，最终选择了硝酸铵。镀层的溶解问题，镉钛镀层选择酸溶法，试验筛选，效果最佳者为硝酸加硫酸溶解。

表2 溶解酸的选择

酸的类型	溶解效果
盐酸	溶解不彻底，底部未溶解。
硫酸	溶解缓慢，2h后仍然未全部溶解
硝酸加硫酸	溶解迅速彻底

2.3 谱线的选择
从谱线图可以看出，334谱线旁边有干扰，336谱线积分情况良好，而且强度（45932）比较大，测定的控制样品的准确度有比较高，所以选择钛元素336这条谱线。

图2 电镀镉钛镀层钛元素的谱线图

2.4仪器的检出限
PE5300对于钛的检出限是0.005ppm，完全可以测定此方法中规定的镉钛合金镀层中钛元素的含量。
2.5 方法的稳定性
配制钛元素标准溶液50μg/mL，改变试验设备的检测时间和氩气压力值，试验结果的稳定性有很大差异，最终选择检测时间60S，氩气的压力为0.6 Mpa，为最佳检测状态，测试结果稳定。

表3 稳定性试验结果

不同检测时间			氩气压力
30S	45S	60S	0.5MPa	0.6MPa	0.7MPa
49.10	49.80	49.95	49.20	50.10	50.25
50.62	50.26	50.12	49.85	49.86	49.25
50.46	50.29	50.09	49.56	49.98	50.30

2.6 方法的准确度和精密度
按照2.2.1的计算公式，配制成为0.20%、0.50%、0.70%的标准溶液，对于已知浓度的标准溶液进行5次检测，检测结果平均值见表4。

表4 标准样品

元素	标准值%	测定值%	平均值 %	RSD%
钛	0.20%	0.21 0.21 0.19 0.21 0.20	0.202	4.4
钛	0.50%	0.52 0.48 0.52 0.51 0.49	0.504	3.6
钛	0.70%	0.71 0.69 0.68 0.72 0.69	0.698	2.4

从上边的实验数据可以看出，RSD值小于5%，此方法可靠，可以满足试验要求。
2.7稳定性试验
取同一批电镀镉钛镀层的试片2块，用ICP连续测定5次，结果见表5。

表5 镉钛镀层钛含量测定结果（n=5）

元素测定	第一次	第2次	第3次	第4次	第5次
试片1	0.35	0.37	0.34	0.36	0.34
试片2	0.38	0.37	0.34	0.35	0.36

从上边的数据可以看出，平行误差不大，可以满足检测要求。五次元素的相关系数均达到0.999以上，测定值均在检出限以上，可以满足试验要求。
2.8结论
本工作采用ICP测定电镀镉钛镀层中的钛含量，对于标准物质进行测定，结果验证试验方法的准确度。方法具有准确、快速、检出限低、灵敏度高、线性范围宽等优点，适用于电镀镉钛镀层中钛含量的检测。
参考文献：
【1】陈莉。黄丹，陈盛等电感耦合等离子质谱法测定水溶性原料药中痕量的镍理化检测-化学分册 2017年第53卷
【2】易文燕 ICP法测定钛合金中微量B 贵州航空学会材料理化测试专业委员会2009年论文集
【3】王芳，魏丽娜等电感耦合等离子体测定多金属矿石中的铌理化检测-化学分册 2017年第53卷