朱学纯

(西南铝业集团有限责任公司，重庆 401326)

铝基材料研究方向是高合金化、控制范围窄化、杂质高纯化和环保化。化学成分的精确调整和控制是高质量的铝基材料研发的重要环节之一，而高质量的标准样品又是化学成分精确调整和控制的技术保障。《变形铝及铝合金化学成分》[1]中要求用于食品行业的铝合金材料应控制Hg+Cd+Pb≤0.01%,单个元素含量应控制 Hg≤0.01%，Cd≤0.01%，Pb≤0.01%。由于国内没有含Hg的标准样品，国外含Hg的标样不仅价格昂贵而且也不适合本标准的要求，无法分析和控制Hg的含量，因此无法满足GB 3190-2008的要求。为了满足食品行业用铝合金材料分析控制Hg、Cd、Pb的需要，笔者进行含Hg等元素的铝基光谱标准样品的研制。

1 主要仪器、设备与材料

光谱仪:QSG750型，德国斯派克公司;ARL4460型，瑞士ARL公司;

小型天燃气炉：可容纳质量200 kg,西南铝业集团有限责任公司自制;

卧式油压挤压机:2 000 t，西南铝业集团有限责任公司改装;

原子吸收仪：AA6701型，日本岛津公司；

卧式均热炉: 540 kW,哈尔滨市第一电炉厂;

仪表车床: CO520型，上海第十二机床厂;

数据处理软件Stnd Mtrl系统：自行开发；

石墨坩埚炉：20 kg，重庆天府坩埚厂;

纯铝:99.7%,贵州铝厂;

工业用纯铅:重庆金属材料有限公司;

工业用纯镉:四川峨嵋半导体材料厂;

氯化汞:成都金山化学试剂有限公司。

2 制备过程

2.1 成分设计原则

(1)满足GB 3190-2008[1]新标准要求;

(2)每元素有效点为4个以上；

结构—权力视角的本质是国家与社会关系，即围绕社区治理中公共权力在国家与社会之间的分配关系展开，并衍生出法团主义、公民团体和合作式治理三种研究路径。

(3)各元素含量范围：Hg: 0.003%～0.055%; Pb: 0.003%～0.033%; Cd: 0.001 5%～0.035%。

2.2 各点设计成分

根据设计原则,设计了本套标样各点成分，如表1所示。

表1 含Hg等元素的铝基光谱标准样品的设计成分 %

2.3 标准样品铸锭的熔炼与铸造步骤

(1)烘炉：先用小火把炉温升至400℃，再用中火升至700℃。(2)加铝锭：在700℃时，撒入覆盖剂，然后加入铝锭，再撒入覆盖剂，继续升温熔化使铝锭完全化平。(3)取样分析：待铝锭完全熔化后扒渣取样，在750℃时取样分析(Hg、Cd、Pb)。(4)加入Pb、Cd：根据分析结果和设计成分加入纯Pb、Cd并搅拌(2、3次)，使Pb、Cd均匀分布于铝液中，再取样分析；根据分析结果补Pb、Cd或用铝冲淡直至合格为止。Pb、Cd的加入法已在《DL-18铝光谱标样的研制》中阐述[2]。(5)加入Hg：根据分析结果和设计成分加入氯化汞。把炉温调整到730～740℃，用铝箔包裹称量好的氯化汞加入到铝液中并用覆盖剂复盖，然后搅拌2～3次，使汞均匀地分布在铝液中，待搅拌均匀后，扒除炉渣再取样分析Hg。根据分析结果补Hg(氯化汞) 或用铝冲淡直至合格为止。本步骤采用“异基体加入法”，即用铝箔包裹氯化汞(固态)的方法加入汞。由于汞常温下为液态且易挥发，无法加入铝中。根据反应原理：HgCl2+Al→AlCl3+Hg，用铝箔包裹氯化汞，在750℃以下加入铝液中，并用覆盖剂覆盖。(6)精确调整(Hg、Cd、Pb)：由于烧损和后面加的材料对前面已调整好的元素有影响，需要对Hg、Cd、Pb 3个元素作最后的精确调整，直至Hg、Cd、Pb 3个元素全部合格为止。(7)铸造：待Hg、Cd、Pb 3个元素全部合格后，用半连续铸造机铸成直径162 mm的铸锭。铸造温度：760℃，水压：0.08 MPa，速度：70 mm/min。

2.4 标准样品的成型

(1)均匀化处理：把合格的铸锭车去表皮后直径为152 mm，然后进行均匀化处理，均匀化条件：金属温度550～570℃，保温时间7 h。

(2)挤压加工：用油压挤压机把经均匀化处理的铸锭挤压成直经为62 mm的棒材，挤压温度：400℃，速度：12 m/min。

(3)锯切及打号：用切割机把直经为62 mm的棒材锯切成Ø62 mm×30 mm的圆柱，即标样。

3 均匀性检验

根据《标准样品工作导则》[3](简称导则)，采用极差法[4]对6种标样 (E4141～E4146)按每种随机抽取16个样品进行均匀性检验。检验结果见表2。

表2 含Hg等元素的铝基光谱标准样品均匀性检验

极差法检验公式如下：

若R0≤AR，则总体均匀；若R0>AR，则总体不均匀。

式中:R0——为Xmax与Xmin之差;

Xmax——样品的最大组内平均值；

Xmin——样品的最小组内平均值；

A——与抽样数(m)、每组火花数(n)及置信度(α)有关的统计常数。

4 稳定性检验

西南铝于1988年研制的纯铝、LY12等标样10年(1999年)后经复查，化学定值、均匀性、不确定度等均未发生变化，稳定性好。本标样与纯铝、LY12等标样研制工艺类似，其稳定性与纯铝、LY12相同，有效期至少10年(见《纯铝、LY12二个系列光谱标准样品研制报告》)[5]。

5 定值

5.1 多个实验室协作定值

对各单位报出的数据用标样数据处理软件检验和计算，根据《导则5》，3个实验室(4组)用不同方法定值，每组报出4个独立数据，最后取平均值。各组报出数据见表3，分析方法见表4。

表3 各实验室(4组)分析结果

表4 各实验室分析方法

5.2 含Hg等元素的铝基光谱标准样品的标准值

对各单位报出的数据用标样数据处理软件检验和计算， 最后给出含Hg等元素的铝基光谱标准样品的标准值和标准偏差,见表5。

表5 含Hg等元素的铝基光谱标准样品的标准值 %

6 结语

含Hg等元素的铝基光谱标准样品的研制历时两年，经过市场调研、成分设计、小坩埚实验、熔炼及成分调整、铸造、均匀化热处理、挤压加工、标样均匀性检验、外委分析、数据和方法汇总、试用、起草研制报告及通过鉴定，最后圆满完成任务。在研制过程中，不仅采用了半连续铸造、玻璃丝布过滤和石墨漏斗分液等新工艺，而且首创“汞元素的间接加入法”新技术，成功地解决了铝基中汞元素的加入技术难题。本标样的研制成功，满足了食品行业铝合金材料对Hg、Cd、Pb的分析控制要求，填补了国内无含汞元素的铝标准样品的空白。

[1] GB 3190-2008 变形铝及铝合金化学成分[S].

[2] 朱学纯.DL-18铝光谱标样的研制[J].铝加工，1994(5)：6-9.

[3] GB/T 15000 标准样品工作导则[S].

[4] 易传江,朱学纯.通用标样数据处理软件(StndMtrl)[J].铝加工，2006(增刊)：106-108.

[5] 朱学纯.纯铝、LY12二个系列光谱标准样品研制报告[J].铝加工，2006(增刊)：6-9.