一种有色金属材料表面氟离子检测方法技术

本发明专利技术涉及一种有色金属材料表面氟离子检测方法。该方法通过高温加热有色金属，通过表面水解使有色金属表面氟离子分离，结合冷凝的方式收集氟离子冷凝液，以二甲酚橙作为显色剂，紫外‑可见分光光度法对有色金属表面氟离子含量进行测定。本发明专利技术检测方法具有显色明显、吸光度稳定、工作曲线显性特征明显、样品检出限低、检测浓度范围大等特点，可以实现0.5‑50mg氟离子含量的测定，适用于钛、锆等有色金属材料表面氟离子的检测。

A test method of fluorine ion on the surface of nonferrous metal materials

The invention relates to a method for detecting fluorine ion on the surface of a non-ferrous metal material. In this method, the fluoride ion on the surface of nonferrous metals is separated by high temperature heating, and the fluoride ion condensate is collected by condensation. The content of fluoride ion on the surface of nonferrous metals is determined by UV-vis spectrophotometry with xylenol orange as the chromogenic agent. The detection method of the invention has the characteristics of obvious color development, stable absorbance, obvious dominant characteristic of working curve, low detection limit of sample, large detection concentration range, etc., which can realize the determination of 0.5 \u2011 50mg fluorine ion content, and is suitable for the detection of fluorine ion on the surface of titanium, zirconium and other non-ferrous metal materials.

【技术实现步骤摘要】
一种有色金属材料表面氟离子检测方法
本专利技术属于材料检测
，具体而言，涉及一种有色金属材料表面氟离子检测方法。
技术介绍
广义上的有色金属是指铁、锰、铬以外的所有金属以及有色金属基体大于50％的有色合金。钛、锆作为有色金属的典型代表，具有高密度、低质量、高比强等特点，在化工设备、航空航天、重型装备等领域具有广泛的应用。这一类金属材料由海绵钛、海绵锆经真空熔炼后，根据不同的使用环境和尺寸要求，进行挤压、锻造、轧制工艺，获得具有不同规格、不同尺寸的锭、坯、管、棒、板、带及其他形式的金属材料。获得的成品钛材、锆材分别按照GB/T3621-2007、GB/T13747-2017对材料的化学成分、力学性质进行判定。作为钛、锆金属材料的重要工艺之一，成品钛锆材在进行热处理工艺后，需要使用酸液清除表面氧化层。目前国内通用的酸洗技术是以氢氟酸(HF)与硝酸(HNO3)按照一定比例混合后配制成酸洗液，将成品钛锆材浸泡于酸洗液中，最后用大量水冲洗以去除表面残留酸洗液。然而，由于HF对有色金属的强化学反应导致钛锆材料表面的组织中残留有一定量的F-。虽然F-残留对于成品钛锆材出厂指标(元素成分、力学性能、持久蠕变、组织缺陷)没有明显影响，但是F-残留可能降低材料疲劳恢复周期和持久使用能力，从而影响钛锆有色金属材料在核工业以及航空航天领域的使用寿命，为核工业安全和航天器安全带来巨大隐患。目前，国际上针对钛锆金属材料表面F-残留的测定方法有限，且均具有明显的缺陷。煮沸法来源于美国，主要是将锆材在100℃沸水中浸泡10min，以获得表面F-残留，这种方法因锆材的转移产生了极大的系统误差。冲洗法来源于德国，是用100℃沸水冲淋锆材表面，收集冲淋液进行F-残留测定，这种方法获得的F-残留量也不精确。由于以上两种方法获得F-残留量不充分，导致F-残留检测线偏高。此外，目前国内外尚没有文献报道关于F-残留的新型检测方法。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种氟离子分离完全、操作简单、检出限低、工作曲线稳定的有色金属材料表面氟离子检测方法。为了实现本专利技术的上述技术目的，专利技术人从化学层面进行分析，F-与金属间形成的共价键断键温度约为1100℃，通常100℃沸水状态下难以实现F-断键，因此需要通过特殊装置对钛锆材表面F-残留部分进行高温加热以实现F-断键。另一方面，断键的F-残留物需要通过冷却降温的方式将F-以溶液形式收集，这样的收集方式同样可以通过蒸馏收集的形式获得。因此，专利技术人通过大量试验研究并不懈探索，最终获得了结合高温分解和无机物蒸馏的方式开发的有色金属表面F-残留提取和检测方法。具体地，本专利技术的技术方案概括如下：一种有色金属材料表面氟离子检测方法，包括如下步骤：(1)将水蒸气发生装置、加热装置、馏分收集装置依次连接组装为样品处理装置，将待测有色金属样品计算其表面积；(2)以5-15mL/min的通气速度向所述水蒸气发生装置内通入氮气，通气5-10min后，打开所述水蒸气发生装置上的电炉，待装置内盛装的去离子水保持沸腾状态后，调节氮气通气速率至3-10mL/min，同时启动所述加热装置上的管式炉，调节管式炉温度至100-1300℃；(3)启动所述样品处理装置后15-20min内不进行样品处理，将所述馏分收集装置获得的液体倒掉，以清洗整个样品处理装置；清洗结束后，收集第一个8-12min获得的馏分作为基体空白，后将待测有色金属样品放置于所述加热装置的石英舟内，拖动石英舟至中心加热区并开始计时，8-12min后取出样品并将收集的馏分转入容量瓶内；(4)准确称取2.0000-6.0000g分析纯二甲酚橙溶解于水中，定容至1000mL容量瓶内，作为显色剂使用；(5)称取2.3816g氟化钠溶于80mL水中，定容至100mL容量瓶，配制成1000mg/LF-标准溶液，用作工作曲线母液；(6)工作曲线的配置：将步骤(3)收集馏分均分为六份分别置于100mL容量瓶中，其中一份为基体空白，其余五份中分别加入0.1、0.5、1、2、5mL1000mg/LF-标准溶液，作为工作曲线；(7)向收集的待测样品馏分、工作曲线中分别加入显色剂，定容后摇匀，放置15-55min；(8)以基体空白为参比，将放置后的工作曲线在紫外-可见分管光度计下进行测定，测定波长范围为510～610nm，将测量的工作曲线点对应吸光度值记录并绘制工作曲线；(9)以基体空白为参比，在相同波长下测定待测样品吸光度值，将吸光度值在工作曲线上找到对应氟离子浓度；(10)有色金属材料表面氟离子浓度＝氟离子浓度/样品表面积。进一步优选的，如上所述一种有色金属材料表面氟离子检测方法，其中步骤(1)中所述的有色金属样品规格为长不大于100mm、宽不大于20mm、厚不大于10mm的工件。进一步优选的，如上所述一种有色金属材料表面氟离子检测方法，其中步骤(2)中所述的管式炉设定温度为1050-1250℃。进一步优选的，如上所述一种有色金属材料表面氟离子检测方法，其中步骤(3)中每个馏分的收集时间为9-11min。进一步优选的，如上所述一种有色金属材料表面氟离子检测方法，其中步骤(7)中所述的工作曲线和待测样品馏分中显色剂加入量为15mL。进一步优选的，如上所述一种有色金属材料表面氟离子检测方法，其中步骤(7)中所述的工作曲线和待测样品馏分定容后放置时间为25-45min。进一步优选的，如上所述一种有色金属材料表面氟离子检测方法，其中步骤(8)中所述的工作曲线的测定波长为530-590nm。与现有技术相比，本专利技术以高温加热、冷凝收集的方式获得有色金属表面残留氟离子，以二甲酚橙为显色剂，采用分光光度法实现了有色金属表面氟离子含量的测定。采用本专利技术进行有色金属表面氟离子含量测定具有显色明显、吸光度稳定、工作曲线显性特征明显、样品检出限低、检测浓度范围大等特点，可以应用于钛、锆等有色金属材料表面氟离子检测。其具有如下优点和显著的进步性：(1)通过该方法能够有效实现有色金属表面氟离子分离，收集的氟离子完全，几乎不存在待测样品表面未收集的氟离子。(2)通过该方法显色的氟离子样品显色稳定，其稳定时间最大可保持72h。(3)通过该方法进行显色的工作曲线线性良好，其线性拟合系数可以达到0.9995以上。(4)通过该方法进行有色金属表面氟离子检测，可以实现氟离子0.5-50mg范围内的测定。附图说明图1是有色金属表面氟离子收集装置示意图，其中：1-氮气钢瓶，2-电炉，3-锥形瓶，4-管式炉，5-石英舟，6-石英管，7-球形冷凝管，8-循环水连接导管，9-锥形瓶。图2是收集有色金属馏分的时间—吸光度图。图3是收集有色金属馏分的温度—吸光度图。图4是获得的待测样品加入显色剂后稳定时间—吸光度图。图5氟离子测定工作曲线图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的范围。另外，实施例中未注明具体技术操作步骤或条件者，均按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。实施例1：样品处理装置的组装样品处理装置由水蒸气发生装置、加热装置、馏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有色金属材料表面氟离子检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)将水蒸气发生装置、加热装置、馏分收集装置依次连接组装为样品处理装置，将待测有色金属样品计算其表面积；(2)以5‑15mL/min的通气速度向所述水蒸气发生装置内通入氮气，通气5‑10min后，打开所述水蒸气发生装置上的电炉，待装置内盛装的去离子水保持沸腾状态后，调节氮气通气速率至3‑10mL/min，同时启动所述加热装置上的管式炉，调节管式炉温度至100‑1300℃；(3)启动所述样品处理装置后15‑20min内不进行样品处理，将所述馏分收集装置获得的液体倒掉，以清洗整个样品处理装置；清洗结束后，收集第一个8‑12min获得的馏分作为基体空白，后将待测有色金属样品放置于所述加热装置的石英舟内，拖动石英舟至中心加热区并开始计时，8‑12min后取出样品并将收集的馏分转入容量瓶内；(4)准确称取2.0000‑6.0000g分析纯二甲酚橙溶解于水中，定容至1000mL容量瓶内，作为显色剂使用；(5)称取2.3816g氟化钠溶于80mL水中，定容至100mL容量瓶，配制成1000mg/L F

【技术特征摘要】
1.一种有色金属材料表面氟离子检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)将水蒸气发生装置、加热装置、馏分收集装置依次连接组装为样品处理装置，将待测有色金属样品计算其表面积；(2)以5-15mL/min的通气速度向所述水蒸气发生装置内通入氮气，通气5-10min后，打开所述水蒸气发生装置上的电炉，待装置内盛装的去离子水保持沸腾状态后，调节氮气通气速率至3-10mL/min，同时启动所述加热装置上的管式炉，调节管式炉温度至100-1300℃；(3)启动所述样品处理装置后15-20min内不进行样品处理，将所述馏分收集装置获得的液体倒掉，以清洗整个样品处理装置；清洗结束后，收集第一个8-12min获得的馏分作为基体空白，后将待测有色金属样品放置于所述加热装置的石英舟内，拖动石英舟至中心加热区并开始计时，8-12min后取出样品并将收集的馏分转入容量瓶内；(4)准确称取2.0000-6.0000g分析纯二甲酚橙溶解于水中，定容至1000mL容量瓶内，作为显色剂使用；(5)称取2.3816g氟化钠溶于80mL水中，定容至100mL容量瓶，配制成1000mg/LF-标准溶液，用作工作曲线母液；(6)工作曲线的配置：将步骤(3)收集馏分均分为六份分别置于100mL容量瓶中，其中一份为基体空白，其余五份中分别加入0.1、0.5、1、2、5mL1000mg/LF-标准溶液，作为工作曲线；(7)向收集的待测样品馏分、工作曲线中分别加入显色剂，定容后摇匀，放置15-55min；(8)以基体空白为参比，将放置后的工作曲线在紫外-可见分管光度计下进行测定，测定波长范围为510～610nm，将测量的工作曲线点对应吸光度值记录并绘制工作曲线；(9)以基体空白为参比，在相同波长下测定待测样品吸光度值，将吸光度值在工作曲线上找到对应氟离子浓度；(10)有色金属材料表面氟离子浓度＝氟离子浓度/样品表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗磊，胡登卫，张珍，姚明刚，李立杰，杨旦旦，王妍，王艳，程花蕾，任丽君，赵立芳，凡明锦，
申请(专利权)人：宝鸡文理学院，宝鸡材能新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61