脉冲加热-惰气熔融红外吸收热导法测定铜中氧氮氢

脉冲加热-惰气熔融红外吸收热导法测定铜中氧氮氢

1前言

铜及铜合金以其优良的导电、导热和耐腐蚀性能，以及良好的力学性能和加工成型性，广泛应用于电力、电子、交通、船舶、航空航天、机械、石油化工、新能源等领域。随着2024年4月25日发布与2024年11月1日正式实施的GB/T 5121.8-2024《铜及铜合金化学分析方法 第8部分： 氧、氮、氢含量的测定》，通过增加氮、氢元素的测定方法和扩大氧元素的测定范围，进一步提高了标准的适应性，在提升铜及铜合金产品质量，助力我国铜及铜合金产业发展方面具有重要意义。

图1

钢研纳克采用ONH5500氧氮氢分析仪，参考GB/T 5121.8-2024《铜及铜合金化学分析方法 第8部分： 氧、氮、氢含量的测定》建立了铜及铜合金中氧氮氢元素检测方案，测定铜及铜合金中氧氮氢元素成分含量。

实验采用石墨套坩埚，样品在惰性气氛下加热熔融，在分析功率3.0kW下，氧、氮、氢释放比较完全且稳定性较好。该方法用于铜中氧氮氢的测定，结果满足客户需求。

图2 钢研纳克ONH 5500分析仪

2 实验部分

2.1 实验仪器和试剂

仪器： ONH 5500钢研纳克；

坩埚：高纯石墨坩埚；

载气：高纯He（99.999 %）；

动力气：普通N2（99.5 %）；

标准样品：见表1

待测样品：铜合金

表1标准样品

2.2  分析原理

在脉冲电极炉的高温条件下，样品在惰性气氛的石墨坩埚中熔融，氧元素的分析方法主要是与构成石墨坩埚的碳发生氧化还原反应，样品中的氧被转化成CO2和少量的CO，并在后续的转化炉中将CO转化为CO2；样品中的氢元素主要转化为氢气之后在转化炉内转化为水，二氧化碳和水蒸气通过恒温加热管到达红外检测系统，从而氧和氢均可在红外检测系统中进行检测，并最终计算出样品中氧、氢元素的含量。氮一般通过熔融使各种状态的氮转化成氮气，然后经过气路净化吸收后通过热导检测器检测氮元素的含量。

2.3 实验方法

在仪器处于待机状态时打开到分析状态后，打开软件启动分析仪预热15-20分钟左右，设定分析功率3.0kW和分析时间35s，等待基线稳定后，打开脉冲炉在下电极上放置一个新的石墨坩埚后关闭脉冲炉。称取待测铜合金样放入加样口，加样完成后分析仪将按照运行流程进行分析，此时软件界面将会出现实时释放曲线，通过建立的方法计算以及输出氧、氮、氢的含量。

3 结果与讨论

3.1 分析条件建立

3.1.1分析功率的确定  

按照2.3中实验方法，将分析功率从2.0 kW开始，每步增加0.5 kW，直到3.0 kW，考察功率变化对氧氮测定结果的影响。结果表明：随着功率升氧氮氢测定值逐步升高，当功率升高到3.0 kW后，氮的测定值不再增加，样品熔融效果很好，熔体光滑。此时，氧氮氢的测定值均处于稳定状态。因此实验选择功率为3.0kW。图3，样品熔体形貌。

图3 样品熔体形貌

        2.0kW               2.5kW                3.0kW

3.1.2 称样量的选择

依据标准上规定称样量0.5-2.0g，实际测试选择两组铜棒样品，做7次平行实验，称样量0.8-2.0g之间，样品熔融释放完全，熔体表面光滑，氧氮氢的分析结果精度都比较好。

表2 样品测试结果

3.2 校准曲线

由于没有专用的铜中氮氢标样，选择不锈钢中氮氢的标准样品进行测定。以被测样品中各元素的质量分数与相应检测池的输出信号电压值绘制校准曲线，曲线如图4，图5，图6所示，校准曲线的线性良好，各线性相关系数均大于0.9995，符合测定要求。

图4 氧校准曲线

图5 氮校准曲线

图6 氢校准曲线

4 结论

本文采用石墨套坩埚，在分析功率3.0kW条件下，参考GB/T 5121.8-2024《铜及铜合金化学分析方法 第8部分： 氧、氮、氢含量的测定》建立了铜及铜合金中氧氮氢元素检测方案，测定铜及铜合金中氧氮氢元素成分含量。其结果稳定性较好，氧氮氢的释放比较完全且精度较好，测定结果满足客户需求。