化学分析方法测定钛合金中Zr

孙巧寅

【摘 要】目前，鈦合金的应用在各个行业中发挥了重要作用，尤其体现在航空航天领域中的核心发动机零部件的制造方面。锆（Zr）是目前高温钛合金中应用最为广泛的中性元素，为维持钛合金的稳定性发挥着极大的作用。通过化学分析的方法对钛合金中Zr的含量和性能进行研究，可以分析Zr元素对钛合金的作用和影响。论文主要运用EDTA容量法和苦杏仁酸重量法，对钛合金中Zr的含量进行了讨论与研究。

【Abstract】 At present， the application of titanium alloy plays an important role in all walks of life， especially in the manufacture of core engine parts in the aerospace industry. Zirconium （Zr） is the most widely used neutral element in high-temperature titanium alloys and plays a significant role in maintaining the stability of titanium alloys. The content and properties of Zr in titanium alloy were studied by chemical analysis method， and the effect and influence of Zr element on titanium alloy can be analyzed. This paper mainly uses EDTA volumetric method and bitter almond acid weight method to discuss and study the content of Zr in titanium alloy.

【关键词】化学分析方法;钛合金;锆（Zr）

【Keywords】chemical analysis methods; titanium alloy; zirconium（Zr）

【中图分类号】TG115                                           【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）07-0127-02

1 引言

钛是一种金属结构，也是在21世纪发展迅速的一种材料。由于钛合金的耐高温、耐腐蚀、高强度等物理属性，而被各个行业广泛使用。在现代材料中，由于各个国家逐渐认识到钛合金的重要性，不断地对钛合金的属性及用途进行研究，并逐步将其投入实际应用当中，为科技的进步带来了积极影响，促使生活更加便利。作为Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系钛合金中的合金化元素，锆（Zr）是钛合金中较为重要的元素之一，因为其偏中性且在钛合金中的溶解度高，所以也是最稳定的元素之一。

测定锆含量的方法很多，如分光光度法、电化学分析法、ICP-AES，原子荧光光谱法以及质谱分析法等。但是由于上述测定锆含量的方法均经过要多次稀释试样，因而产生的误差较大，且测量结果容易出现不准确的情况。测定锆含量时，EDTA容量法和苦杏仁酸重量法相较于以上方法更为精确。本文对这两种方法进行了简要地介绍。

EDTA络合滴定法是一种容易操作的测定钛合金中锆元素的方法，但是由于EDTA标定物的改变，其分析结果也相差较大，且由于锆元素本身的水解作用和聚合作用，如果试验条件不精确，则容易造成EDTA的消耗和反色现象的出现。相较于苦杏仁酸重量法，EDTA滴定法的准确度较低。苦杏仁酸重量法虽然有较高的准确度，但是过程烦琐，不易掌握和操作，且过程中需要消耗多种大量的酸性溶液，其他的试剂一般也有毒或有气味。因此，相较于EDTA滴定法，苦杏仁酸重量法的安全性较低，且耗时较长，无法满足快速分析的要求[1]。

2 EDTA容量法测定钛合金中的锆元素

2.1 试验目的和使用范围

EDTA容量法是一种快速测定的试验方法，运用此方法测定钛合金中所含的锆元素，过程相对比较简单，容易操作。

2.2 仪器设备

①一支50mL酸式滴定管;②一个滴定台和一个滴定管夹;③十支10mL大肚移液管;④一只200mL锥形瓶;⑤一只2000mL（或1000mL）或十只300mL烧杯;⑥一只1000mL容量瓶;⑦一根玻璃棒;⑧100mL和5mL量筒各一个，50mL量筒两个;⑨大于1200mL的搪瓷杯一个;⑩毛刷、吸水管、塑料勺、特种铅笔;？輥？輯？訛一只500mL塑料洗瓶。

2.3 试验试剂

①0.1mL/m3乙二胺四乙酸二钠（即EDTA二钠）标准液的配制：使用称量仪器准确称取37.266g固体EDTA二钠，用有余温的无二氧化碳蒸馏水将其溶解，当其全部溶解后，待其温度降至与室温平衡，用容量瓶将其定容至1000mL。②盐酸溶液：配制1.19g/mL的盐酸溶液。③固体盐酸羟胺。④二甲酚橙（0.2%）。⑤锆的标准溶液（0.5mg/mL）的配制：用蒸馏水溶化适量的硫酸亚铁，然后加入浓硫酸，待其冷却后用水稀释，最后用重铬酸钾的标准液标定该液体。

2.4 试验步骤

2.4.1 试验准备

首先准备两份试验样品，然后分别称取0.5g锆含量不同的试样，再准备适量的1：1盐酸待用。

2.4.2 试验方法

①将多份适量的盐酸（50mL左右）加入装有相同重量试样的锥形瓶中，将锥形瓶放在低温炉中进行加热，待其中的试样完全溶解后，加入200mL的水继续加热至溶液沸腾。②在取出煮沸后的溶液试样后，立即加入盐酸羟胺0.5g，再加入0.5mL 0.2%二甲酚橙试液，用EDTA标准液对该溶液进行试样滴定，当试液由红变黄时停止滴定，并记录EDTA标准液的消耗量。

Zr%=Vc×0.09122÷G×100

上述公式是计算锆含量的公式，Vc是滴定的EDTA标准液的使用量，G是试验样品的重量。

2.5 试验中的注意事项

①在对样品进行试验的过程中，要保证试样溶解时的温度为低温，因为盐酸容易挥发，所以要定时用水洗杯壁，防止蒸发过多。②滴定前，将试液加热至沸腾，以便观察溶液颜色的变化，找到滴定重点。③在试验过程中需要谨慎和小心，试验结果应控制在误差范围内，严格按照实验室规定进行试验操作，确保试验人员和仪器的安全。

2.6 允许差

3 苦杏仁酸重量法测定钛合金中的锆元素

3.1 试验原理

在盐酸存在的条件下，锆元素可与苦杏仁酸发生化学反应产生一种白色沉淀，这种沉淀叫做苦杏仁酸锆沉淀[2]。试液在经过过滤、灼烧等操作后，可得到二氧化锆。将二氧化鋯进行称重，然后用焦硫酸钾熔融后，再运用过氧化氢分光光度法对二氧化钛的含量进行测定，最后计算出锆在其中的含量。

3.2 试验试剂和器材

在试验开始前，准备盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、苦杏仁酸溶液、过氧化氢溶液、二氧化钛标准溶液以及苦杏仁酸洗涤液。在试验的过程中，需要使用的仪器有：分光光度计、烧杯、坩锅、滤纸、漏斗、玻璃棒、铁架台以及容量瓶等。

3.3 试验步骤

①首先获取两种锆含量不同的试样，并将其分别放入两个烧杯中，向烧杯中加入盐酸，保持低温状态防止盐酸挥发，对其进行加热，使试样完全溶解在溶剂中，然后再向烧杯中缓缓加入水，过滤此时的溶液后，放入另外的两个烧杯中，最后用盐酸对烧杯和滤纸进行洗涤防止污染。②加热约200mL的滤液至沸腾，然后一边搅拌，一边加入步骤一中经过过滤操作后的苦杏仁酸溶液，持续缓慢搅拌至有沉淀物析出，然后放置85℃左右的热水中保温40min。③放置较长时间后，用滤纸对沉淀物进行过滤，再使用苦杏仁酸溶液洗涤剂对沉淀物洗涤10次左右，将沉淀物放入坩锅中烘干，然后灰化，最后放在高温炉中加热至1000℃进行灼烧操作，将沉淀物取出后放置干燥器中，待其冷却至室温。④向坩锅中加入焦硫酸钾，将坩锅放置高温炉中加热至700℃左右，最终得到熔融物，取出后将该熔融物转移至烧杯中冷却，最后加入水[3]。⑤将溶液转移至容量瓶中冷却一段时间，然后加入硫酸并且滴入过氧化氢，用水稀释后摇晃均匀。取出部分溶液后，在吸光池中测量吸光度，查询得知二氧化钛的质量为m2。⑥根据公式计算结果：Zr（%）=（m1-m2）×0.7403÷m×100，m1表示二氧化锆和二氧化钛的含量，单位为g，m2表示二氧化钛的质量，单位为g，0.7403是二氧化锆转换成锆的系数，m表示试验样品的总质量，单位为g。

3.4 允许差

钛和锆在多种矿物中共生，且化学性质较为相似，因而对锆钛混合物的分离和测定都不容易操作。但是，采取上述方法将钛和锆分离成二氧化钛和二氧化锆并进行测定，可以有效保证试验结果的准确度和精密度。

4 结语

近年来，由于钛合金在各个领域的应用越来越广泛，促使各个国家的科学工作者对其进行试验与研究。通过化学分析的方法来测量合金中的元素含量被广泛地应用，不仅测量结果精密、准确，试验成本低且容易操作。

【参考文献】

【1】吴世凯.ICP-AES法同时测定钛合金中八种元素的研究[J].特钢技术，2007，13（4）：38-41.

【2】杨冠军，赵永庆，于振涛，等.钛合金研究、加工与应用的新进展[J].材料导报，2001，15（10）：19-21.

【3】陈立华.EDTA络合滴定铅时铁的干扰与消除[J].有色矿冶，2011，27（1）：52-53.