管晓颖 叶国晨

摘要：18Ni系马氏体时效钢广泛应用于日常生活、生产及尖端科技等多个领域.18Ni300作为金属增材制造技术（3D打印）中选区激光熔化技术（selective 1aser mehing，sIM）的专用马氏体时效钢，已获得广泛关注。18M300中不同元素所起的作用不同，因此对18Ni300的元素成分测定尤为关键。该文提供一种快速准确的微波消解ICP-AES法测定马氏体时效钢18 Ni300粉体中Ni、Co、Mo、Ti、Al含量的新方法，克服现有国标检测的不足。采用盐酸和硝酸进行试样消解，避免氢氟酸对仪器的腐蝕与污染，同时匹配酸度和基体含量，减少测试过程中的基体效应，采用内标法对待测元素进行测定，加标回收率在90%～110%，效果良好。

关键词：微波消解；ICP-AES；18Ni300；内标法

0引言

马氏体时效钢是一种高合金超高强度钢，凭借其优良的工艺性能和使用性能，已被广泛应用于生产、生活或尖端科技等各个领域。包括18Ni、20Ni和25Ni 3个典型系列，其中以18Ni系制造最为容易且应用最为广泛。随着3D打印技术在工业生产中的迅速发展，18Ni300作为金属增材制造技术中选区激光熔化技术（selective laser melting，SIN）的专用马氏体时效钢，具有强度高、焊接性好、韧性以及冷热加q-，性好等特点，现获得广泛关注。

马氏体时效钢是通过在Fe-Ni合金中添加Co、Mo、Ti、Al等强化元素而形成的合金钢材料，屈服强度主要靠钛含量进行调整，表1为18Ni300的额定成分。其合金元素大体分为3类：平衡组织和控制8一铁素体出现的元素，如Ni、Co、Mn等；形成弥散强化相的元素，如Mo、Ti等；与抗腐蚀性能有关的元素，如铬等。不同元素所起到的作用不同，因此对18Ni300粉末的元素成分测定尤为关键。

微波消解具有消解完全、消解时间短、节省试剂用量等特点：ICP-AES光谱法是以电感耦合等离子体为发射光源的光谱分析方法，电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）因检出限低、灵敏度高、精密度高以及多元素同时测定等优点，已得到广泛应用。现有的国标中尚无符合18Ni300成分的检测标准，本文应用ICP-AES法对18Ni300粉体材料中Ni、Co、Mo、Ti、Al等元素的方法进行了探讨，结果满意。

1实验部分

1.1仪器与试剂

电感耦合等离子体原子发射光谱仪：美国利曼公司PRODIGY 7。

仪器最佳工作条件：射频功率为1.1 kW；冷却气流量14 L/min、辅助气流量0.1 L/min；雾化气压力为45 psi（1 psi=6 894.76 Pa）；观测方式为垂直观测；样品提升速率为1.4mL/min；积分延迟时间为35 s；积分时间为30 s；积分次数为2次。

微波消解仪：美国CEM公司MARS6。功率：800W；温度：190℃；保温时间：20min。

盐酸、硝酸、氢氟酸均为优级纯，试验用水为去离子水。铁、镍、钴、钼、钛、铝标准溶液：1000μg/nm（国家有色金属及电子材料分析测试中心），标准系列由各母液逐级稀释而成。

1.2样品前处理

准确称取0.1 g试样，置于微波消解内罐中，加入6 mL HC1、2 mL HN03，放置至反应不剧烈后盖上罐盖，置于微波消解仪中，按照1.1设定的条件进行消解，待消解结束后，置于赶酸板加热至溶液冒烟结束后，取出冷却，用约20mL去离子水冲洗罐壁，再置于赶酸板上加热，重新溶解罐底部的固体，取出待其冷却后，用去离子水冲洗内罐，移入100mL容量瓶中，定容、摇匀、静止。再用移液管吸取10mL于100 mL容量瓶中，用去离子水稀释定容、摇匀、静止，待测。同时按同样实验步骤做好平行样品及空白样品。

2结果与讨论

2.1酸度实验

样品溶液中的所含酸的浓度会影响溶液的密度、黏度和表面张力，进而影响溶液的雾化率及分析物溶液的提升率及谱线强度。本文采用盐酸和硝酸介质，以去离子水为低标，以配制的Ni、Co、Mo，Ti、A1混合标准溶液为高标，另在数份含相同成分的合成混合标准溶液中分别加入不同量的盐酸和硝酸，在仪器选定的条件下对Ni、Co、Mo、Ti、A1元素进行酸度影响试验。其元素谱线强度结果如表2和图1所示。

从图1可看出，随着盐酸和硝酸加入量的增大，5种元素强度值均缓慢减小。因此为使测量尽可能精确，在实验测试中需严格控制酸的用量，使标准溶液和试样溶液中酸的浓度基本保持一致。

2.2基体匹配实验

基体成分的变化影响分析元素的激发过程，从而影响其信号输出，克服基体效应最有效的办法就是使标准溶液与试样溶液进行基体匹配。

取不同量的Fe标液数份作为底液，按18Ni300成分比例分别加入几种待测元素，以含6.72 mg Fe底液的待测元素溶液为高标，以不含Fe的空白实验溶液为低标进行实验，测量结果见表3。从表中数据可以看出，随着基体成分Fe的增加，分析元素测定的信号强度也随之降低。因此为精确实验数据，在实验过程中要尽可能将标准溶液和待测溶液进行基体匹配，即根据待测样品主元素的含量，在配制的系列标准溶液中加入与待测样品主元素含量基本一致的主元素标准溶液。

2.3内标法及内标元素的选择实验

样品中发生的一切改变在内标中同样存在，试验样品与内标在样品引入或等离子体中所发生的变化是一致的。在测量过程中内标信号增加或降低的系数与样品中待测元素相同。内标元素与被测元素的比值关系是相对不变的，通过计算两者强度的比值，来校正测量数值的增加或降低。内标元素一般选择化学性质稳定、不受光谱干扰、不对其他分析元素产生光谱干扰，且在标准、空白及样品中不存在的元素。本文分别选择钇（Y）和钪（Sc）为内标元素，与未加内标元素做对比。结果如表4所示，采用内标法，测得的实验结果更接近于标准值，且实验稳定性更好，RsD（相对标准偏差）值更小，综合比较，选择钇（Y）作为内标元素。

2.4方法检出限及精密度

采用贝塞尔公式法，连续测定空白溶液12次，以其3倍标准偏差所对应的浓度值计算各个元素的检出限。

将处理好的待测样品溶液进行测试，独立测定10次，计算各元素测定结果的平均值和相对标准偏差，并与额定值对比，实验结果如表5所示。

结果表明，通过ICP-AES测定18Ni300中Ni、co、Mo、Ti、A1等元素，选择钇（Y）作为内标元素均可较好地控制由于仪器工作条件和雾化效率等发生变化而造成的非光谱干扰，有效地消除基体效应影响，元素检出限低，测试结果准确度高，相对标准偏差小。

2.5加标回收试验验证

在测试样品中加入标准溶液，进行加标回收试验。试验结果见表6，各个元素回收率在90%～110%之间，表明该方法准确可靠。

3结束语

本文使用微波消解处理样品，样品消解完全、消解时间短，节省消解试剂用量，与常规的加热板加热消解试样相比，具有更大的优势。通过试样溶液和标准溶液的酸度和基体匹配，减少了测试过程中的基体效应，增加了检测的可靠性，采用内标法较好的控制由于仪器工作条件和雾化效率等发生变化而造成的非光谱干扰，通过加标回收实验，进一步验证了该实验方法的准确度，弥补了现有国标检测的不足。