高频红外吸收光谱法测定硅氮合金中的硫

赵 绥，郑文倩*，窦玉成

(1.昆明钢铁公司制造管理部，云南 昆明 650302；2.安宁市工科信局，云南 昆明 650302)

硅氮合金是通过硅和微量的合金元素结合后氮化制备的一种新型合金。在钢铁的冶炼过程中，当稀有金属无法满足冶炼需求时，硅氮合金的生产和应用具有提高钢材强度、降低生产成本和节约资源的作用，并取得了可观的经济效益[1-2]。

高频燃烧红外吸收技术被广泛应用于合金、钢样和矿物等的碳元素和硫元素的含量的分析中。本实验中，将这一方法应用于硅氮合金中硫含量的测定，同时研究了称样量和助熔剂种类、用量，以及其叠放顺序对硫含量分析结果的影响。该方法不仅分析速度快，而且具有较高的准确度和较好的重复性。本实验结果为硅氮合金样品中硫含量的测定提供了方法。

1 实验部分

1.1 实验试剂

1)纯铁助熔剂：纯度w>99.8%，粒度<1.25 mm，w(C)<0.0005%，w(S)<0.0005%；

2)纯钨助熔剂：w≥99.95%,20目≤粒径<40目，w(C)≤0.0008%，w(S)≤0.0005%；

3)碳硫专用标准样品：YSB C 11114—94。

1.2 实验仪器及工作条件

碳硫分析专用高纯坩埚：PT型Φ25 mm×25 mm；

钢研纳克高频红外碳硫分析仪(CS-3000)；LE84E型电子分析天平。

仪器的工作条件：分析流量 3 L/min，氧气压力 0.3 MPa，氮气压力 0.3 MPa，分析时间 1 min。

室内相对湿度不大于60%。

1.3 实验方法

称取一定质量的试样，精确到 0.0001 g，放入碳硫专用瓷坩埚中，再加入适量助熔剂，得到混合试料。将混合试料放入高频红外碳硫分析仪中，按高频红外碳硫分析仪选定的工作条件，在新建的硅氮合金通道中进行混合试料硫含量测量。仪器自动计算得到测量值，并重复多次测定。

2 结果与讨论

2.1 称样量的选择

硅氮合金中硅含量较高，结构紧密，不容易分解。为了使试样能够充分燃烧，称样量不易过多。本实验分别对10、20、30、40、50 mg 的称样量进行硫含量测定，结果见表1。

由表1可知，当称样量增加时，分析结果降低，表明称样量过多，导致燃烧不充分。当称样量为 20 mg 时，测定结果较高，试样可以得到充分的燃烧；称样量在 10 mg 时，RSD为5.16%，重复性较差，可能是因为试样不均匀，天平的称量误差或仪器的重复性误差等造成的。由于硅氮合金没有标准样品，曲线的校准只能采用碳硫标准样品进行校正，得出的数据和样品标准值相近，在允许差范围内，本次测定样品值为0.052%

表1 称样量对分析结果的影响 (n=3)

2.2 助熔剂的种类和叠放顺序

由于硅氮合金样品导磁性差，因此需要添加多元助熔剂。本试验采用钨-铁助熔体系。其中，纯铁的作用是提供导磁性能，纯钨则是用于提高熔融温度[3-5]。另外，试样与多元助熔剂的叠放顺序，也能够影响试验效果。本实验中发现，当样品置于上层时，石英管的污染较为严重，因此采用了以下叠放次序：硅氮合金样品置于坩埚最底部，纯铁置于中间，纯钨置于上层。因为这种叠放次序，不仅可以保证样品能够充分燃烧，还可以避免污染石英管，以及防止熔融物的飞溅。

2.3 助熔剂配比的选择

选择试样称样量为 20 mg，对纯铁和纯钨的用量分别进行选择，测试结果见表2。

表2 助熔剂用量及配比对测定结果的影响 (n=3)

由表2看出，方案3和4的结果较为理想，但考虑到节约成本，选择方案3作为最佳分析条件，因此选择添加 0.50 g 的纯铁，然后再加入 2.50 g 纯钨。

2.4 精密度实验

选择试样称样量为 20 mg,平行测定11组试样，考查方法的精密度，结果见表3。

表3 精密度试验 (n=11)

由表3可看出，采用高频红外吸收光谱法来对硅氮合金中的碳含量进行测定时，精密度较好。

2.5 加标回收实验

称取不同质量的碳硫专用标准样品(YSB C 11257—2015，w(S)标准值0.0023%)，添加到试样中，分别配制3组，测定其回收率，分析结果见表4。

表4 加标回收试验结果

由表4可看出，加标回收率在100.88%～102.56%，能够满足硅氮合金中碳含量的准确测定。

3 结论

本实验利用高频红外吸收光谱法对硅氮合金中硫含量进行测定，通过实验条件的优化得得出，称样量 0.0200 g，纯铁 0.50 g，纯钨 2.50 g 时，测定效果最好。这一方法分析速度较快，具有精密度高，稳定性好等优点，能够满足日常分析的需要，同时也解决了硅氮合金样品中硫含量的测定问题。