[发明专利]一种测定钢铁材料中混合稀土固溶度的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种测定钢铁材料中混合稀土固溶度的方法，属于理化检测技术领域。

背景技术

在钢铁材料中加入一定量的稀土对其组织和性能都会有一定有益的作用，这一点已为世界所公认。但直至今日稀土元素在钢铁材料中的存在形态和作用机理却尚未研究清楚。

上世纪70年代日本川村和郎曾用电解、分离测量稀土夹杂物，从而以钢中稀土夹杂含量与总量的差值推定为稀土在钢中的固溶量。此种方法因其受差减方式间接测量的误差叠加及交互影响并且稀土元素的偏聚等因素影响，灵敏度较低，误差过大。1981年李文彬用内耗法研究了稀土在钢中存在的形态和分布，但未能作出定量分析（见第一届全国内耗学术会议论文）。韩其勇和方克明也曾先后用放射性同位素示踪法测定稀土在钢中的固溶量，其灵敏度较差减法高，但是此法是通过试样重熔，人为加入一定量放射性同位素示踪剂进行测定，所测试样并非取自工业生产和实验制备的材料，因而无法用于实际测量。而后董晓魁和周玉芬利用电解法测定稀土固溶度的方法，在稀土离子分离时所用的方法涉及到一些较为强烈的化学反应，因此在实验过程中较为危险。90年代时叶文和林勤发明的直接法测定钢中稀土的固溶度，整个过程较为科学合理，但实验所用设备等离子光谱仪（ICP）较为昂贵，在生产实践的推广中，较为困难。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种测定钢铁材料中混合稀土固溶度的方法，它可以在实验室研究和生产实践中较为安全、可靠和廉价地实现稀土固溶度的测定，具有灵敏度高、实验过程安全、简便以及实验设备和药品廉价易得等特点。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种测定钢铁材料中混合稀土固溶度的方法，所述方法为：选用LiCl+TEA三乙醇胺+乙二醇+二苯胍+苯1.5%的无水乙醇电解液、实行低温电解，然后将固溶稀土与稀土第二相夹杂物分离并经处理后利用分光光度计进行含量测定。

具体步骤为：

（1）电解：电解液的重量百分比配比为：2%的LiCl，2%的TEA三乙醇胺，0.5%的乙二醇，0.2%的二苯胍，1.5%的苯，余量为无水乙醇；

电解时阳极为混合稀土的钢铁材料电解试样，阴极为不锈钢管；试样电解前称重并记录，电解温度为-5℃～-10℃，电解2-3个小时后，关闭电源，取出试样，并晾干后称重，前后重量的变化即为试样消耗的质量M；

（2）分离固溶稀土和稀土第二相夹杂物：通过在布氏漏斗里垫上4-6层慢速定量滤纸，将电解后的电解液倒入布氏漏斗中，再用保鲜膜将漏洞口密封，进行过滤分离，得过滤除杂的电解液滤液；

（3）挥发、溶解、调pH值：对过滤除杂的电解液滤液在恒温水浴锅中85℃下实行挥发，除去低沸点的有机物；再用去离子水重新溶解，加入盐酸，破坏剩余有机物并调节酸度使pH值为1-2，测滤液总体积为V；

（4）把已经转型为H型强阳离子交换树脂，装入离子交换柱，从滤液总体积中取出用于处理的体积为V₁的滤液，将其缓慢注入离子交换柱，使溶液中所有离子均被该树脂所吸附，然后用浓度为1.7N-2.0N的盐酸冲洗2-3次除去Fe、Mn、Al；再以浓度为4.3N-5.0N的盐酸洗脱，获得纯净的稀土离子溶液；

调节酸度使pH值为1-2，得待测液，测体积为V₂；

（5）用稀土标准液配制一组已知浓度的标准稀溶液，加入3ml、0.02%wt偶氮氯膦-Ⅲ溶液作为显色剂得到25ml标准对比溶液，用分光光度计测出它们的吸光度，绘制标准工作曲线，标准工作曲线的斜率为K；

（6）将一定量的待测液中加入10ml、10%wt的草酸和3ml、0.02%wt的偶氮氯膦-Ⅲ溶液，补足待测液得到25ml待测溶液，摇匀后用分光光度计测量其吸光度A，用厚度为b的比色皿、以试剂空白做参比，再利用已绘制好的标准工作曲线即可计算出溶液中稀土离子的浓度，得到稀土元素在钢铁材料中的固溶度。

稀土元素在钢铁材料中的固溶度计算公式为：

    式中：A为待测液的吸光度，V为挥发、溶解、调pH值后的滤液总体积，V₁为从滤液总体积中取出用于处理的滤液的体积，V₂为处理完后收集到的溶液体积，K为标准工作曲线的斜率，b为比色皿的厚度， M为试样在电解时消耗的质量。

在电解时阳极铁夹与试样接触处不能浸入电解液中。

用稀土标准液配制一组已知浓度的标准稀溶液至少有4种浓度。