作者：张毅
二硼化钛增强铸铝复合材料，主要成分是钛、硼、硅、镁、锌、杂质铁等。其中二硼化钛主要用于增强材料的硬度、抗腐蚀性，因此增强相引入材料中的钛、硼，铝基体中硅、镁、锌及杂质铁的含量直接影响材料性能。随着二硼化钛增强铸铝复合材料研究的逐渐深入和应用的不断拓展，亟须建立二硼化钛增强铸铝复合材料中化学成分测定分析方法，为其产品研发提供依据和技术支持。
目前，碳化硼、碳化硅颗粒增强铝基复合材料化学分析方法已有文献报道，但鲜见二硼化钛颗粒增强铸铝复合材料化学成分测定的相关报道。电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)因低检出限、高灵敏度、高精密度以及多元素同时测定等优点，得到广泛应用，尤其是在材料检测领域。实验对ICP-AES测定二硼化钛颗粒增强铸铝复合材料中钛、硼、硅、镁、锌、铁等元素的方法进行了探讨，并将其应用于实际样品分析，结果满意。
1 实验部分
1.1 主要仪器和工作条件
PRODIGY XP电感耦合等离子体原子发射光谱仪（美国Leeman公司）。
仪器最佳工作条件：激发功率为1.1 kW;冷却气流量为15 L/min;辅助气流量为0.3 L／min;雾化气压力为0. 23 MPa;观测方式为垂直观测；溶液提升量为1.3 mL／min；积分延迟时间为30 s；积分时间为20 s。
1.2试剂
硅标准储备溶液（钢铁研究总院）：500 μg/mL;钛、硼、镁、锌、铁单元素标准储备溶液（钢铁研究总院）：1 000 μ/g／mL;镁、锌、铁单元素标准工作溶液：100 μg／mL，分别移取10 mL 1 000 μg/mL镁、锌、铁单元素标准储备溶液于3个100 mL容量瓶中，保持与储备液一致的酸度，用水稀释至刻度；镁、锌、铁单元素标准工作溶液：10μg/mL．分别移取10mL 100 μ/g／mL镁、锌、铁单元素标准工作溶液于3个100 mL容量瓶中，保持与储备溶液一致的酸度，用水稀释至刻度；高纯铝：w( Al)≥99. 99%;硝酸(f0约1. 40 g／mL)；氢氧化钠溶液：200 g/L，称取50 g氢氧化钠于300 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入250mL水，搅拌使其完全溶解，冷却后转移至250 mL塑料瓶中，定容，混匀，备用。
实验所用试剂除特殊说明外均为分析纯；水为二次去离子水。
1.3 实验方法
1.3.1 样品的前处理
称取0.1 g（精确至0．000 1 g）样品，置于200mL聚四氟乙烯烧杯中，加入10 mL 200 g/L氢氧化钠溶液，待剧烈反应停止后，低温加热溶解。待样品基本溶解后，缓慢加热，将试样蒸至浆状，取下稍冷，加入约20 mL水。取下冷却，加水至大约50mL，边搅拌边加入20 mL硝酸，低温加热使其完全溶解。冷却，将溶液移入200 ml_容量瓶中，定容，摇匀。
1.3.2标准溶液系列的配制
在200 mL容量瓶中分别加入10 mL 200 g/L氢氧化钠溶液、20 mL硝酸，用各元素的标准储备溶液，镁、锌、铁单元素标准工作溶液，配制成标准溶液系列。标准溶液系列中各元素质量浓度相当于样品(0. 100 00 g)中各元素质量分数见表1。
2 结果与讨论
2.1 样品处理方法
TiB2 /AISi复合材料中的TiB2是硼和钛最稳定的化合物，不溶于盐酸一氢氟酸，但可被强碱分解，如行业标准方法（YS/T 424.2 - 2000二硼化钛粉末化学分析方法）使用碳酸钙或焦硫酸钾高温熔融。且该材料中硅含量比较高，为使其中的硅完全溶解，可使用氢氟酸或者氢氧化钠溶解。综合考虑试样性质，选择采用氢氧化钠溶解、硝酸酸化的方法处理样品。
2.1.1 氢氧化钠溶液用量
氢氧化钠用量不仅影响样品的溶解程度，而且会引入大量易电离元素钠，从而对测定产生影响。在10～30 mL范围内改变氢氧化钠溶液的体积，按照实验方法分别进行测定，结果表明，随着氢氧化钠溶液用量的增加，各待测元素分析谱线强度均有不同程度的降低。这是由于随着易电离元素钠的不断增加，易电离元素基体( EIE)效应趋于增强，而等离子体能量传递效率和溶液传输效率则随之降低，同时火焰稳定性也越来越差。实验选择使用10 mL200 g/L氢氧化钠溶液。
2.1.2 硝酸用量
在10～30 mL范围内改变硝酸体积，按照实验方法分别进行测定，以考察无机酸的引入对测定的影响。结果表明，随着硝酸体积的增加，各待测元素分析谱线强度均有不同程度的下降，这可能是由于随着硝酸用量的增加，无机酸基体效应趋于增加，使溶液的提升率降低，从而降低了各分析谱线强度。综合考虑分析谱线强度、溶液酸度及酸使用量，实验选择使用20 mL硝酸。
2.2分析谱线
谱线干扰是ICP-AES分析中最大的问题之一，分为背景干扰和谱线重叠（直接重叠和线翼重叠）干扰。选择合适的分析谱线是最简单实用的消除光谱干扰方法。为选择合适的分析谱线，从仪器推荐待测元素分析线中初选分析线，利用仪器的波长扫描功能，分别对标准溶液系列中的空白、标准3及制备好的试液分别进行扫描，观察铝基体对各待测元素分析谱线的干扰情况。依据“选择光谱干扰小、背景易扣除及高浓度选择次灵敏线、低浓度选择灵敏线的谱线”的原则，选择合适的分析谱线，各待测元素分析谱线见表2。
2.3基体效应
2.3.1 逐级稀释法
基体效应是ICP-AES分析中不可回避的问题，为探讨铝基体对TiB2/AISi复合材料中硅、硼、钛、铁、镁、锌测定的影响，采用逐级稀释法判断基体效应。具体做法：将样品溶解后的溶液，分别移取10、20、50 mL至3个100 mL容量瓶中（补加适量氢氧化钠溶液和硝酸，保证酸度一致），及原液4种溶液进行测定。以待测元素质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制曲线，见图1。由图1可知：各元素的线性相关系数均在0. 995以上，表明样品的质量浓度在50～500μg／mL范围内，铝基体对测定基本无影响。
2.3.2基体匹配和无基体匹配测定结果对比
为进一步验证铝基体对测定结果的影响，分别采用有铝基匹配和无铝基匹配的校准曲线，对实际样品进行测定。结果见表3。由表3可见：铝基体对测定基本无影响。
2.4校准曲线和检出限
在选定的实验条件下．对标准溶液系列进行测
定，绘制校准曲线=各待测元素校准曲线的线性方程、线性相关系数见表4。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)对方法检出限(D．L)的规定，同时对空白溶液连续测定11次，以3倍标准偏差计算方法中各元素检出限，结果见表4。
2.5精密度试验
按照实验方法对T182 /AISi复合材料样品中钛、硼、硅、镁、锌和铁含量进行测定，并进行精密度试验，见表5。各元素测定结果的相对标准偏差（RSD，n=ll）均小于3%，精密度试验结果完全能够满足测试要求。
2.6 回收率试验
按照实验方法对TiB2/A1Si复合材料样品进行加标回收试验，回收率在94%～113%之间，结果见表6。
2.7样品分析
由于目前尚未有二硼化钛增强复合材料的标准样品，选择与之含量接近的铸铝标样进行测定。按照实验方法测定BY 2209-2、BY 2208-1两个铸铝标准样品中硅、镁、锌和铁含量，测定值与认定值一致，见表7。
3 摘 要：采用氢氧化钠溶解样品，硝酸酸化，电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定二硼化钛增强铸铝复合材料中钛、硼、硅、镁、锌、铁。分别采用逐级稀释法、标准溶液系列使用基体匹配和无基体匹配这两种方法，考查铝的基体效应。结果表明，样品质量浓度在50～500 μg/mL范围内，铝基体对测定基本无影响。仪器选定的实验条件下，以无基体匹配的标准溶液系列绘制校准曲线，待测元素的线性方程相关系数均大于0. 999 6。方法中各元素的检出限在0. 000 9%～0.010%之间。将方法应用于T182 /AISi复合材料实际样品中钛、硼、硅、镁、锌、铁的测定，结果的相对标准偏差（RSD，n=11）均小于3%，回收率在94%～113%之间；按照实验方法测定两个铸铝标准样品中硅、镁、锌和铁，测定值与认定值一致。
