熔融制樣X射線熒光光譜法分析鐵合金

更新時(shí)間：2020-08-19

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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(yè)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(shí)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(dá)到某種要求。

02鐵合金的XFR分析方法（制樣方法）

♦ 常規(guī)濕法化學(xué)分析鐵合金中的主次元素含量，存在操作復(fù)雜、分析時(shí)間長(zhǎng)等問題。

♦ 一些鋼廠采用壓片制樣X射線熒光光譜法測(cè)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(yīng)，影響一些較輕元素的測(cè)量準(zhǔn)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(qiáng)效應(yīng)（比如，高碳錳鐵和低碳錳鐵有不同的基體效應(yīng)）會(huì)影響一些較重元素的測(cè)量準(zhǔn)確度。這個(gè)方法可應(yīng)用于生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制。但是，這個(gè)準(zhǔn)確度不滿足進(jìn)廠原料的檢測(cè)要求。

♦ 為提高XRF分析鐵合金的測(cè)量準(zhǔn)確度，有少數(shù)鋼鐵廠采用感應(yīng)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(hù)氣氛下感應(yīng)加熱熔化后通過離心澆鑄到模具中成型。感應(yīng)重熔法可以消除鐵合金的顆粒效應(yīng)，但制樣設(shè)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(yīng)和礦物效應(yīng)，減少元素間的吸收增強(qiáng)效應(yīng)，可以明顯提高測(cè)量準(zhǔn)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(duì)坩堝的腐蝕。鐵合金在高溫下很容易與鉑黃合金反應(yīng)，引起合金化，嚴(yán)重腐蝕坩堝。比如，Si和Pt在842℃會(huì)發(fā)生合金化反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)鉑硅合金，下圖是Pt-Si二元相圖。

04鐵合金的熔融制樣對(duì)坩堝的腐蝕

♦ 如果直接在鉑黃坩堝中熔融鐵合金，對(duì)坩堝的腐蝕是非常嚴(yán)重的。為避免鐵合金對(duì)坩堝的腐蝕，在熔融制樣前需要對(duì)樣品進(jìn)行*的預(yù)氧化處理，將樣品氧化為高價(jià)態(tài)的氧化物。

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

♦ 氧化不*的鐵合金樣品對(duì)坩堝的腐蝕

♦ 情況下，甚至?xí)③釄迦弁?nbsp;

05鐵合金的預(yù)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 NH₄NO₃170?C

?—?Lithium nitrate LiNO₃255?C

??—Sodium nitrate NaNO₃10?C

??—Potassium nitrate KNO₃334?C

??—Potassium iodate KIO₃560?C

?—Strontium nitrate Sr(NO₃)₂570?C

??—Lithium carbonate Li₂CO₃725?C

??—Sodium carbonate Na₂CO₃851?C

?—?Potassium carbonate K₂CO₃891?C

2. 鐵合金的預(yù)氧化試驗(yàn)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(shí)間

3.預(yù)氧化時(shí)需要注意的問題

很多鐵合金，比如硅鐵、錳鐵，是煉鋼時(shí)的脫氧劑，與氧化劑反應(yīng)時(shí)會(huì)比較劇烈，甚至飛濺，引起測(cè)量誤差

Bruker公司的應(yīng)用工程師結(jié)合國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過多次試驗(yàn)，也損失了些坩堝，找到了各種鐵合金的預(yù)氧化優(yōu)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(yīng)用報(bào)告是熔融制樣X射線熒光光譜法分析硅鐵的報(bào)告，熔融制樣時(shí)以Li₂CO₃為氧化劑，在800℃下對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)氧化后熔融制樣，玻璃片均勻透明，對(duì)坩堝沒有腐蝕。