铸造铝合金ZL101A中硅含量的测定

姚广利

摘要：使用碱溶法溶解铸造铝合金ZL101A并采用电感耦合等离子体发射光谱法对其中的硅含量进行测定。通过选择元素的分析线来优化测试条件，利用基体匹配法消除基体干扰，对检测结果进行了相对标准偏差和回收率的计算。

关键词：碱溶法 硅 回收率 ICAP6500

铸造铝合金的铸造成本低、质量轻、强度高和低温性能良好，广泛应用于航空航天、船舶、汽车以及大型设备当中。铝合金硅元素含量测定国家标准中有两种方法，一种是硅含量在0.0010%～0.40%，采用钼蓝分光光度法，含量大于0.40%时采用重量法测定。ZL101A属于Al-Mg-Si系铸造铝合金，其中硅元素含量在6.5%～7.5%之间。传统方法只能选择重量法进行测定，而重量法过程十分繁琐，不易操作，而且检测周期较长。此方法选择电感耦合等离子体发射光谱，通过分析和实验，实现了ZL101A中硅的快速分析，测量结果准确可靠，完全满足日常的检测工作任务。

1 实验部分

1.1 仪器设备

光谱仪：美国Thermo公司的ICAP6500等离子体发射光谱仪

1.2 试剂与溶液

1.2.1 氢氧化钠溶液（400g/L）；

1.2.2 盐酸（ρ约1.19g/ml）；优级纯

1.2.3 硝酸（ρ约1.42g/ml）；优级纯

1.2.4 盐酸（1+1）；

1.2.5 硝酸（1+1）；

1.2.6 过氧化氢（ρ约1.10g/ml）；

1.2.7亚硝酸钠溶液，6%（称取6.0000g亚硝酸钠溶于20ml水中，溶解后，以水稀释至100ml，摇匀。）；

1.2.8高纯铝（Al≥99.99%）；

1.2.9铝基体溶液，20mg/ml（称取20. 00 g经酸洗过的高纯铝（1.2.8）置于1000 ml烧杯中，盖上表皿，分次加入总量为600 ml盐酸(1.2.4)，待剧烈反应停止后，缓慢加热至完全溶解，然后加入数滴过氧化氢(1.2.6)，煮沸数分钟，分解过量的过氧化氢，冷却，将溶液移入1000ml的容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。）；

1.2.10 硅标准储备液为：500µg/ml（国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院）。

1.3 仪器工作条件

1.3.1 分析波长

表1 分析线

元素	分析线
Si	288.158, 251.611

1.3.2分析参数

室温：20℃

RE功率：1150kW

泵速：75rpm

辅助器流量：0.5L/min

雾化器流量：0.6L/min

冷却器流量：12L/min

驱气气体流量：一般

1.4 操作步骤

称取0.5000g试样，精确至0.0001g。同步称取与试料相同量的高纯铝，随同试料做空白试验。

将试料置于250mL聚四氟乙烯烧杯中，加入少许水，加入6mL氢氧化钠溶液（1.2.1），待剧烈反应停止后，低温加热分解，缓慢加热至试料完全溶解，将溶液蒸至浆状，稍冷，取下冷却，加入约30mL水，缓慢加热直至完全溶解。

用水将上述溶液稀释至约100mL，然后将其边搅拌边加入至盛有35ml硝酸(1.2.5)的500ml烧杯中，低温加热使其完全溶解（出现二氧化锰棕色沉淀时，应加入亚硝酸钠溶液(1.2.7)，使其分解），冷却，将溶液移入500mL容量瓶中，以水稀释至刻度，摇匀。必要时根据工作曲线范围，稀释待测溶液。

根据样品中铝的含量，称取适量的高纯铝（1.2.8）于一系列聚四氟乙烯烧杯中，盖上表皿，以下操作按1.4步骤进行，在未稀释到刻度前加入适量的硅元素标准溶液，使标准溶液中的溶液酸度与试液基本一致，用水稀释至刻度，混匀。以不加标准溶液的试液作为空白溶液，待测元素含量应在所做工作曲线范围内，系列标准溶液的数量要求不少于5个。

将系列标准溶液引入电感耦合等离子体发射光谱仪中，按1.3.1推荐的分析谱线，在选定的波长处测定系列标准溶液中各元素的强度，当工作曲线的线性相关系数≥0.9995时，即可进行分析溶液的测定，根据光强度和浓度的关系计算机自动给出样品中各元素的含量。

2 结果与讨论

2.1 基体干扰

基体干扰时必须排除的干扰，克服基体和共存元素的干扰最有效的方法是保持标准样品、空白和分析样品溶液的酸度和高含量可溶盐成分浓度一致。可避免溶液雾化效率不一致产生的误差。因此根据试样中铝的含量范围配制基体相似的校准溶液，可以消除基体的干扰。同时使用耐高盐的雾化器与进样系统，可以防止结盐产生的记忆效应。

2.2试样溶解

铝合金在溶解试样的方法中，对于硅含量较低的情况下，一般酸溶可以满足正常的实验与工作需要。但对于高硅的铝合金中，酸溶想要使式样溶解完全而不使硅酸沉淀析出几乎是不可能的。而在碱溶试样的方法中，试样可以溶解完全，再经过酸化，保持溶液较低的酸度，满足实验需求。这里需要注意，试样经碱溶后，一定要把碱液加入到酸中，顺序不能反。

2.3 方法验证

采用此方法对高硅铝合金标准样品GSB04-2191-20和ZL106中的硅进行了测定，测定结果见表2.

表2 标准样品测量结果及精密度

标准样品编号	元素	标准值	测定值	RSD
GSB04-2191-20	Si	7.22	7.20	0.20
ZL106	Si	6.54	6.56	0.22

由表可知，本方法测定值与标准值基本相符，说明本方法准确度较高。测定结果的相对标准偏差均<0.30%，满足分析要求。

2.4 回收率试验

按此方法进行加标回收试验，回收率结果见表3.由表3可知，硅元素的加标回收率在95%-105%之间，测定结果的满足分析要求。

表3 回收率试验

分析元素	标准值	加标量	测定值	回收率
Si	7.04	1.55	8.58	99.35
		3.10	10.16	100.65

3 结论

此方法测定ZL101A中的硅元素，方法简便、稳定，有效地缩短了分析周期，提高了检测的精密度和灵敏度，能够满足科研和日常生产需要，还可适用于其他牌号高硅铸铝合金中硅含量的测定。

参考文献：

[1] GBT 20975.5-2008 铝及铝合金化学分析方法 第5部分：硅含量的测定

[2] 辛仁轩.等离子发射光谱分析[M].2版.北京：化学工业出版社，2011.

[3] 郭德济《光谱分析法》重庆：重庆大学出版社。1990年