本文介紹了使用國(guó)產(chǎn)分析儀器進(jìn)行氮化硅鐵中氮的分析方法。本文確定的方法準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便、迅速，能滿足此類試樣的測(cè)定。

關(guān)鍵詞：國(guó)產(chǎn) 分析儀器 測(cè)定 氮化硅鐵 氮

氮化硅鐵是一種新型特種鐵合金，主要應(yīng)用于生產(chǎn)冷軋單向硅鋼片，該產(chǎn)品加入金屬熔體后可獲得良好的常溫和低溫強(qiáng)度，良好的耐腐蝕性能、熱沖擊和耐磨損性能。通常N的含量在20—35%之間

分析結(jié)果表明，氮化硅鐵通常由短柱狀β-Si₃N₄相和Si₃Fe相組成，其結(jié)構(gòu)特征是以Si₃Fe形成核心，并被Si₃N₄包裹，因此在測(cè)定氮化硅鐵中氮的含量時(shí)，其反應(yīng)初期更多地表現(xiàn)出Si₃N₄的性質(zhì)。Si₃N₄陶瓷是一種非氧化物工程陶瓷，分解溫度在1300~1400℃，難與碳和金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

由于進(jìn)口氣體分析儀器在國(guó)內(nèi)的廣泛應(yīng)用，故多數(shù)氮化硅鐵生產(chǎn)廠商及用戶采用進(jìn)口氣體分析儀器對(duì)產(chǎn)品中的氮進(jìn)行分析。由于氮化硅鐵中氮的含量很高，幾乎所有進(jìn)口分析儀器在分析氮化硅鐵時(shí)均采用減少稱樣量的方式以克服量程不足的問(wèn)題，通常稱樣量均在20mg左右，如此小的稱樣量使石料的代表性對(duì)大大降低，稱量誤差也大大降低了分析數(shù)據(jù)的精密度。

我公司在氮化硅鐵生產(chǎn)過(guò)程中，采用國(guó)產(chǎn)氣體分析儀對(duì)氮化硅鐵中的氮含量進(jìn)行分析，稱樣量可達(dá)0.1g，分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，體現(xiàn)了良好的精密度，滿足了生產(chǎn)要求。

1、  實(shí)驗(yàn)部分

1.1    儀器

ON—2008氧氮分析儀 北京納克分析儀器有限公司

1.2    試劑與材料

無(wú)水過(guò)氯酸鎂

堿石棉

稀土氧化銅

鎳箔

石墨粉（≥99.99）200目

脫脂棉

氬氣（≥99.95%）

壓縮空氣

1.3    實(shí)驗(yàn)方法

在儀器狀態(tài)良好的情況下，按使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定的程序運(yùn)行設(shè)備，儀器經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后，使用KNO₃基準(zhǔn)物質(zhì)繪制工作曲線。確定各分析參數(shù)，輸入重量及編號(hào)，采取手動(dòng)分析、一步提取法測(cè)定氮含量

    2、結(jié)果與討論

    2.1 分析參數(shù)的選擇

    稱取0.1g試樣，以鎳箔包裹試樣，固定分析氣流量為0.3L/min，以3500W為起始工作功率，梯度為500W，逐步增加工作功率直至6500W，根據(jù)氮的釋放曲線確定分析功率，綜合

釋放曲線的分布、起止點(diǎn)、峰形情況，zui終確定分析功率為5500W。

    稱取0.1g試樣，以鎳箔包裹，固定分析功率為5500W，改變分析氣流量，考察釋放曲線，確定分析氣流量為0.3L/min

    通過(guò)確定以上分析參數(shù)并考察釋放曲線，確定等待時(shí)間為40s，加熱時(shí)間為40s，采樣時(shí)間為70s。

2.2 稱樣量的選擇

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們擬定了初步的稱樣量實(shí)驗(yàn)方案，即稱樣量分別為0.05g、0.10g、0.15g、0.20g、0.3g、0.4g、0.5g，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)由于氮化硅鐵的密度非常的小，當(dāng)稱樣量大于0.2g時(shí)，其后續(xù)實(shí)驗(yàn)將很難繼續(xù)進(jìn)行，為此稱樣量的選擇定為0.2g以下。    稱取不同的試樣量，將試樣用鎳箔包裹，按分析步驟對(duì)試樣進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1

表1

由表1可以看出，當(dāng)稱樣量在0.0500—0.2000g之間，分析結(jié)果基本恒定，為使實(shí)驗(yàn)適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)，故稱樣量確定為0.1g

2.3 加入鎳箔試驗(yàn)

通常認(rèn)為鎳箔是氧氮分析的良好浴料，能明顯改善熔池環(huán)境，有利于氮的均勻、*釋放。通過(guò)試驗(yàn)觀察，對(duì)于氮化硅鐵來(lái)講，如果不加鎳箔并按實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行分析，分析數(shù)據(jù)出現(xiàn)比較大的波動(dòng)。由釋放曲線來(lái)判斷氮已經(jīng)*釋放，但是將釋放曲線放大后有時(shí)可以發(fā)現(xiàn)在峰頂過(guò)后的某一個(gè)階段時(shí)常會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的鋸齒峰。由此可以判斷氮化硅鐵中氮有多種存在形式，不加入浴料其釋放曲線不符合通常的正態(tài)分布，當(dāng)加入鎳箔后，釋放曲線形態(tài)得到明顯改善，基本符合正態(tài)分布，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)較小。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2

表2

由表2可以看出，加入鎳箔后分析數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性得到很大的提高，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)對(duì)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性要求較高的考慮，應(yīng)加入鎳箔。

2.4加入石墨粉試驗(yàn)

有資料顯示，加入石墨粉可改善試樣中氧氮的釋放狀況和回收率，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了四種不同的試驗(yàn)方式進(jìn)行試驗(yàn)，具體為0.1g試樣覆蓋0.05g石墨粉（方案1）、0.1g試樣+0.05g石墨粉攪拌均勻（方案2）、0.1g試樣包裹0.2g鎳箔覆蓋0.05g石墨粉（方案3）、0.1g試樣+0.05g石墨粉攪拌均勻用0.2g鎳箔包裹（方案4），按實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3

表3

由表3可以看出，當(dāng)?shù)梃F加入石墨粉后，氮的釋放有降低的趨勢(shì)；同時(shí)熔池內(nèi)有細(xì)小的顆粒存在。據(jù)此判斷，在試樣熔化的過(guò)程中，由于硅鐵與石墨粉大面積接觸，在高溫狀態(tài)下部分形成了碳化硅，可能降低了熔池溫度，影響了氮的釋放，造成分析數(shù)據(jù)偏低。由此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不考慮加入石墨粉作為添加劑。

2.5空白試驗(yàn)

氮化硅鐵中氮的含量一般較高，坩堝吸附的微量氮對(duì)分析結(jié)果的影響較小，可忽略不計(jì)。由于沒(méi)有脫氣環(huán)節(jié)，故坩堝腔內(nèi)空氣中的氮是影響分析結(jié)果的主要因素。為此在只加入0.2g鎳箔、輸入重量為0.1g的條件下進(jìn)行了空白試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4

表4

由表4可以看出，空白值在比較合理的水平，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求，不必采取其他措施進(jìn)行處理。

3、試樣的測(cè)定

3.1稱樣量

稱取0.100g試樣，以0.2g鎳箔包裹

3.2分析參數(shù)

分析氣流量：0.3L/min

分析功率：5500W

等待時(shí)間：40s

加熱時(shí)間：40s

采樣時(shí)間：70s

3.3分析步驟

在儀器狀態(tài)良好的情況下，按使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定的程序運(yùn)行設(shè)備，儀器經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后，使用KNO₃基準(zhǔn)物質(zhì)繪制工作曲線。確定各分析參數(shù)，將稱取的試樣投入石墨坩堝內(nèi)，輸入重量及編號(hào)，采取手動(dòng)分析、一步提取法測(cè)定氮含量。計(jì)算機(jī)自動(dòng)將分析結(jié)果進(jìn)行顯示打印。

3.4對(duì)比試驗(yàn)

3.4.1與國(guó)外某型號(hào)氧氮分析儀對(duì)比

對(duì)同一試樣采用國(guó)產(chǎn)儀器（ON-2008）與國(guó)外某型號(hào)氧氮分析儀在近似分析條件下進(jìn)行分析測(cè)試。需要指出的是，此型號(hào)國(guó)外儀器是專門針對(duì)高含量氧氮試樣設(shè)計(jì)的，試驗(yàn)結(jié)果由該儀器制造國(guó)試驗(yàn)室提供。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5

由表5可以看出，對(duì)于氮化硅鐵這樣的高氮產(chǎn)品的分析測(cè)試，國(guó)產(chǎn)分析儀器與國(guó)外的同類型分析儀器在分析精度上基本處于同一水平。由于可以采用比較大的稱樣量，不論對(duì)于天平的精度和稱量環(huán)境的要求來(lái)說(shuō)，國(guó)產(chǎn)儀器都更能適應(yīng)當(dāng)今國(guó)內(nèi)企業(yè)的現(xiàn)狀。由于浴料的減少，使分析成本有了較大的降低，對(duì)于更加重視生產(chǎn)成本的企業(yè)來(lái)說(shuō)更具吸引力。

表5

3.4.2與化學(xué)法分析進(jìn)行對(duì)比

使用國(guó)產(chǎn)儀器，采用本方法與使用蒸餾-滴定法進(jìn)行比較，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6

表6

由表6可以看出，使用本方法所得到的分析數(shù)據(jù)與化學(xué)法基本相同，具有較高的準(zhǔn)確性。3.5精密度試驗(yàn)

使用國(guó)產(chǎn)儀器，采用本方法進(jìn)行精密度試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7

表7

由表7可以看出，本方法精密度良好。

4、結(jié)論

4.1通過(guò)試驗(yàn)確立了氮化硅鐵中氮的測(cè)定方法。本實(shí)驗(yàn)方法準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便、迅速，可以為送檢樣品提供可靠的分析數(shù)據(jù)。對(duì)300余件試樣進(jìn)行的測(cè)試分析，所得分析數(shù)據(jù)應(yīng)用于生產(chǎn)，效果良好，可以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。

4.2通過(guò)與國(guó)外同類型分析儀器的比較可以看出，對(duì)于像氮化硅鐵這樣的高氮含量的試樣，尤其是氮化鐵合金樣品，國(guó)產(chǎn)儀器更能適應(yīng)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)狀況，能夠提供更優(yōu)異的分析數(shù)據(jù)。在這一領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)儀器的性價(jià)比是國(guó)外儀器所*的。