于英杰

(中国科学院金属研究所，沈阳 110016)

前言

Al-Cu-Li系合金是一种新型的铝锂合金，由于具有低密度、高弹性模量、高比强度和高比模量等优点，已在航空及航天工业上得到广泛应用[1]。Li是最轻的金属元素，将1%～2%的Li添加到铝合金中，能有效降低铝合金密度、提高模量；添加2%～4%的Cu能显著提高合金的强度以及改善塑韧性；除此之外，在铝合金中同时添加微量Mg和Ag，能显著提高时效强化效应；添加0.1%左右的Zr，能抑制合金再结晶并能细化晶粒，改善合金的强韧性[1-2]。准确测定Al-Cu-Li系合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr的含量十分重要。

目前，报道的关于铝锂合金的成分分析方法主要有X射线荧光光谱法(XRF)[3]、火焰原子吸收光谱法(FAAS)[4]和电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)[5-6]等。XRF法目前不能直接测定超轻元素，如Li；FAAS只适于单元素分析，而且测定不同元素时，必须更换光源灯，为分析工作带来不便；ICP-AES法由于灵敏度高、基体干扰小、线性范围广，能同时测定多元素等优点[7]，已广泛用于铝合金的测定。已有ICP-AES法测定铝锂合金中Li和Ag的报道，但未见同时测定Cu、Li、Ag、Mg和Zr的报道。采用盐酸-硝酸混合酸溶样，用过量盐酸使AgCl沉淀形成溶解度较高的络合物，用ICP-AES法同时测定了Al-Cu-Li合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr的含量，方法准确，快捷，可满足日常分析的需求。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

iCAP6300型全谱直读等离子体原子发射光谱仪(美国赛默飞世尔公司)。

Cu、Li、Ag、Mg和Zr标准储备溶液(钢铁研究总院)：均为1 000 μg/mL，用时稀释至所需浓度。

铝基体溶液的配制(10.0 mg/mL)：称取1.000 0 g纯度大于99.99%的高纯铝于玻璃烧杯中，加20 mL盐酸(1+1)，加几滴硝酸低温加热至溶解，移入100 mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。

硝酸和盐酸为优级纯，实验用水为电阻率18.0 MΩ·cm的去离子水。

1.2 样品处理

准确称取0.100 0 g试样于100 mL玻璃烧杯中，加入30 mL盐酸(1+1)和5 mL浓硝酸，待试样全部溶解，将溶液转移到100 mL玻璃容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。

1.3 标准工作曲线溶液配制

根据试样中铝基体的含量，移取4份适量的10.0 mg/mL高纯铝基体溶液，分别置于100 mL玻璃烧杯中，加入适量的Cu、Li、Ag、Mg和Zr标准溶液，见表1，加入30 mL盐酸(1+1)和5 mL浓硝酸，稀释至刻度。在选定的仪器分析条件下测定。

表1 标准工作曲线溶液Table 1 Calibration curve solutions /%

2 结果与讨论

2.1 溶样方法

铝合金的溶解，可以碱溶，也可以酸溶。碱溶主要采用氢氧化钠溶解，酸化溶解氢氧化物不溶物，但采用ICP-AES法测定时，钠离子的引入易堵塞雾化器以及产生离子化干扰等问题，因此应尽量避免使用碱溶法。采用酸溶时，由于需要测定Al-Cu-Li合金中Ag的含量，而Ag与盐酸易生成氯化银沉淀，因此，应注意酸的使用，避免生成AgCl沉淀而影响测定结果。溶解含银铝合金试样可采用：1)30 mL盐酸(1+1)+5 mL硝酸，过量盐酸将AgCl沉淀络合为溶解度较高的[AgCl2]-；2)硝酸+氢氟酸(V硝酸∶V氢氟酸=6∶1)混合酸溶解。针对以上两种方法均进行了实验，实验发现采用方法2)处理试样测得的Ag结果偏低且稳定性差，这个结果与文献[5]报道的结果一致。因此，最终选择30 mL盐酸(1+1)+5 mL硝酸溶解试样。

2.2 分析谱线的选择

Al-Cu-Li合金中，Al为基体，Cu、Li、Ag、Mg和Zr为主要共存元素，根据各共存元素含量上限，配制单标元素扫描溶液，在待测元素的仪器推荐谱线波长处进行扫描，将各谱线叠加，观察谱线受干扰情况。从中选出不受干扰且信背比高，波动小的谱线作为分析谱线，见表2。

表2 待测元素的分析线Table 2 Analytical lines of determined elements

2.3 铝基体干扰

由于本方法的称样量为0.100 0 g，所以仅研究了0.100 0 g样品中铝基体含量(0.095 0 g)对各待测元素的影响。吸取适量的待测元素标准溶液于2个100 mL玻璃容量瓶中，并分别加入0(作为高标)、0.095 0 g纯铝，加入30 mL盐酸(1+1)和5 mL硝酸，用水稀释至刻度，摇匀后进行测定，结果见表3。

表3 Al基体对Cu、Li、Ag和Mg测定的影响Table 3 Influence of Al matrix on Cu,Li,Ag and Mg(n=6)

由表3可知，950 μg/mL的Al对Li、Ag和Mg的测定存在干扰，因此，在配制标准工作曲线时，需加入相应量的基体进行匹配以消除干扰。

2.4 方法线性范围、相关系数和检出限

在优化的工作参数下，上机测定标准曲线系列溶液，绘制标准工作曲线。测定空白溶液(STD 0)10次，以其结果标准偏差的3倍作为方法的检出限。方法的线性范围、相关系数和检出限列于表4。由表4可知，Cu、Li、Ag、Mg和Zr的线性相关系数R>0.999，检出限均小于0.01 μg/mL。

表4 线性范围、相关系数及检出限Table 4 Linear range, linear correlation coefficients and detection limits

2.5 方法的加标回收率和精密度实验

按实验方法对Al-Cu-Li合金样品进行6次平行测定，并进行加标回收实验。结果表明，加标回收率在94%～106%，相对标准偏差小于2%，结果见表5。

3 样品分析

选取2195#-E3101铝锂合金光谱标准样品(西南铝业有限责任公司)，取屑，按实验方法进行测定，结果见表6。由表6知，本法测得结果与认定值基本吻合。

表5 加标回收率和精密度实验Table 5 Recovery and precision(n=6) /%

表6 标准样品分析结果对照Table 6 Comparison of test results of reference sample(n=6)

4 结论

通过对试样的溶解、基体以及共存元素干扰等的研究，建立了ICP-AES法测定Al-Cu-Li 系合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr元素含量的方法。该方法可实现多元素同时测定，准确可靠，快速简便，能满足日常分析测定需求。

[1] 李劲风,郑子樵,陈永来,等.铝锂合金及其在航天工业上的应用[J].宇航材料工艺(AerospaceMaterials&Technology),2012,42(1):13-19.

[2] 霍红庆,郝维新,耿桂宏,等.航天轻型结构材料-铝锂合金的发展[J].真空与低温(VacuumandCryogenics),2005(2):63-69.

[3] 田伦富,邹德霜,代以春,等.X射线荧光光谱法测定铝锂合金中多元素含量[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2014,34(10):52-56.

[4] 刘建国.原子吸收光谱法测定铝锂合金中锂[J].光谱实验室(ChineseJournalofSpectroscopyLaboratory),1997(1):52-54.

[5] 周会,谭倩,高娅玲,等.铝锂合金样品的前处理及其Ag和Li的光谱分析[J].光谱学与光谱分析(SpectroscopyandSpectralAnalysis),2015,35(10):2886-2890.

[6] 刘爽,叶晓英,杨春晟.电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定高纯铝中Fe、Cu、Mg、Zn、Ti[J].中国无机分析化学(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(2):42-45.

[7] 罗有雄.电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)法测定铝合金中微量的钆、镧、钕、镨、钐[J].中国无机分析化学(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2017,7(2):50-54.