金属材料分析

1、金属材料金属材料简介简介金属材料金属材料是由金属元素或以金属元素为主构成的具是由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称，具体可分为包括有金属特性的材料的统称，具体可分为包括黑色金属黑色金属材料、有色金属材料和特种金属材料材料、有色金属材料和特种金属材料等。等。 黑色金属材料黑色金属材料又称钢铁材料，包括含铁又称钢铁材料，包括含铁9090以以上的工业纯铁，含碳上的工业纯铁，含碳2 24 4的铸铁，含碳小于的铸铁，含碳小于 2 2的碳钢，以及各种用途的的碳钢，以及各种用途的钢结构钢结构、不锈钢、耐热钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。高温合金、精密合金等。 有色金属材料有色金

2、属材料是指除铁、铬、锰以外的所有金是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。金属、稀有金属和稀土金属等。 特种金属材料特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及复合金属材料

3、等。等特殊功能合金，以及复合金属材料等。第一节 钢铁分析概述概述 了解钢的生产过程，了解钢的生产过程，从而进一步理解五大元素从而进一步理解五大元素在钢中的作用，证明测定在钢中的作用，证明测定的意义的意义 。 钢铁是铁和碳的合金，钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中大多数元素其化学成分中大多数元素 是铁，还含有碳、硅、锰、是铁，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。磷、硫等元素。 铁矿石石灰石焦炭配比高温燃烧生铁辅助材料熔炼碳素钢C控制在一定限度Si Mn很低S P 杂质2%,Mn2%Si促使C以游离态石墨状存在Si高流动性强，软易加工用于铸造Si4%C以化合态存在（如Fe3C, Mn阻止以游离态存在）m

4、p=1200Co断口灰色mp=1100Co断口银白色Mn高硬难加工多用于炼钢 铁矿石主要含有硅酸盐状态存在的其他铁矿石主要含有硅酸盐状态存在的其他金属或非金属杂质的氧化铁，经冶炼大部分金属或非金属杂质的氧化铁，经冶炼大部分杂质转化成炉渣，分离除去，有少量杂质杂质转化成炉渣，分离除去，有少量杂质C C、MnMn、SiSi、S S、P P等残存在生铁中。等残存在生铁中。 如果将生铁的其他辅助材料配合，进一步如果将生铁的其他辅助材料配合，进一步冶炼，则杂质被进一步氧化除去，同时控制冶炼，则杂质被进一步氧化除去，同时控制含碳量降至一定限度，硅猛等元素含量很低，含碳量降至一定限度，硅猛等元素含量很低，硫

5、磷等杂质降至硫磷等杂质降至0.05%0.05%以下，则成为以下，则成为铁及碳的铁及碳的合金碳素钢合金碳素钢。例：例：特种钢： 若适当提高钢中Si或Mn含量，或加入一定量的Ni，Cr，W，Mo，V，Ti等金属，成为特种钢（铁合金或合金钢）。 加Ni、Cr、W、Ti等又分别称为Ni钢、Cr钢、W钢、Ti钢。 加Ni增强钢的强度及韧性多用于承受冲击或强大压力的制件含Ni 36%铸钢受热时几乎不膨胀可制精密仪器 加Cr耐热耐腐蚀性较强，多用于制造滚珠轴承或工具含Cr 12.5 18%的铬钢或含铬 0.6 1.75%、Ni 1.25%的镍铬钢，又称不锈钢，可制高压锅。 加W有极强的耐热性，受热至白热化仍

6、不软化常制运转的机件或刀具。 高速切削钢：含W 1518% V 13% Cr 25%合金钢 含Mo、V、Ti等合金钢和钨钢性能相似。 各种合金钢具有独特的性能而用于特殊用途。 含有一定量V、Ti，而C又是以球状存在的，称“球墨铸铁”。具有和某些合金钢类似的特殊性能，可代替合金钢使用。 二、各元素在钢中的形态和作用主要讲述C 、S 、Si 、Mn 、P（一）碳（一）碳1、钢铁中的C来源： 碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响着钢铁的性能。碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。 游离态化合态 Fe3C, Mn3C, Cr3C2, WC, MoC等2、形态：两种 碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在

7、钢碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。 对存在状态的影响对存在状态的影响 灰口生铁，石墨灰口生铁，石墨C C多，软而韧多，软而韧 白口生铁，化合物白口生铁，化合物C C多，硬而脆多，硬而脆 碳素钢据碳素钢据C C 含量分三类，低、中、高碳素钢含量分三类，低、中、高碳素钢按含碳量分钢低碳钢 1.7% （1.7 - 4%）（二）硅（二）硅 1 1、来源、来源 由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入。由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而

8、有意加入。 2 2、形态、形态主要以硅化物：主要以硅化物：FeSi FeSi 、MnSi MnSi 、FeMnSiFeMnSi 存在存在在高硅钢中，一部分以在高硅钢中，一部分以SiCSiC存在，也有时形成固熔存在，也有时形成固熔体或硅酸盐。体或硅酸盐。 3 3、性能、性能 (1)(1)增强钢的硬度、弹增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化性及强度，提高抗氧化能力及耐酸性。能力及耐酸性。 (2)(2) 促使促使C C以游离态石以游离态石墨状态，使钢高于流动墨状态，使钢高于流动性，易于铸造。性，易于铸造。 (3)(3)类型类型 a a 一般生铁或碳素钢一般生铁或碳素钢SiSi含量含量1%0.8% 0

9、.8% 碳素钢碳素钢 MnMn 0.3 0.8% 0.3 0.8% 高锰钢高高锰钢高达达13% 13% - 14%- 14% 如含锰如含锰0.8% - 14%为各种型号的高锰为各种型号的高锰钢，具有良好的弹性及耐腐蚀性。用于钢，具有良好的弹性及耐腐蚀性。用于制造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。制造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。 含含Mn 12% - 20%的铁合金为的铁合金为镜铁镜铁 含含Mn 60% - 80%的铁合金为的铁合金为锰铁锰铁 上两种主要用于炼钢做脱硫剂上两种主要用于炼钢做脱硫剂SMn生成MnS反之 过量S和FeFeS（四）硫（四）硫 1 1 来源来源 主要由焦炭或原料矿石引入钢铁

10、主要由焦炭或原料矿石引入钢铁 2 2 形态形态 主要以主要以MnSMnS或或FeSFeS状态存在状态存在 若：若： 3 3 性能性能 使钢产生使钢产生“热脆性热脆性”有害成分有害成分 原因：为什么产生热脆性？原因：为什么产生热脆性？ FeSFeS的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之间。当加热压制钢铁时，晶格之间。当加热压制钢铁时，FeSFeS熔融，钢铁熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。的晶粒失去连接作用而脆裂。 （五）磷（五）磷 1 来源来源 ：由原料中引入，有时也为：由原料中引入，有时也为了特殊需要而有意加入了特殊需要而有意加入 2 形态形态：以：以F

11、e2P或或Fe3P状态存在状态存在 3 性能性能：磷化铁硬度较强，以至钢：磷化铁硬度较强，以至钢铁难于加工，并使钢铁产生铁难于加工，并使钢铁产生“冷脆性冷脆性”也是也是有害杂质作用有害杂质作用(事物都有其另一面事物都有其另一面) P 流动性流动性 易铸造易铸造 并可并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合避免在轧钢时轧辊与压件粘合 在特殊情况下常有意加入一定量在特殊情况下常有意加入一定量P达达此目的。此目的。 4. 类型类型 : 生铁生铁 P0.3% 一般碳素钢一般碳素钢0.06% 优质钢优质钢0.03% 特殊用途：轧辊钢高达特殊用途：轧辊钢高达 0.4 0.5% 炼钢或铸钢用的磷铁炼钢或铸钢用的磷铁

12、15 20%之间之间. 以上归纳成如下表：以上归纳成如下表：C CSiSiMnMnS SP P形形态态 固溶体固溶体碳化物碳化物FeFe3 3C, C, MnMn3 3C, CrC, Cr3 3C, C, WC, MoCWC, MoC. .游离石墨碳游离石墨碳主要硅化物：主要硅化物：FeSi,MnSiFeSi,MnSi高碳钢部分高碳钢部分SiCSiC有时固熔体或有时固熔体或硅酸盐硅酸盐 MnC MnC, , MnSMnS, ,FeMnSiFeMnSi 固固熔体熔体MnSMnS , ,FeSFeSFeFe2 2P ,P , Fe Fe3 3P P来来源源焦炭焦炭原料矿石；脱原料矿石；脱氧或特殊需

13、氧或特殊需要加入要加入原料矿原料矿石；作石；作脱硫脱脱硫脱氧剂氧剂焦炭或焦炭或原料矿原料矿石引入石引入原料引原料引入；特入；特殊需要殊需要加入加入各元素在钢中的形态和作用表各元素在钢中的形态和作用表硬度硬度高高低低 产生热脆产生热脆性性产生冷脆性产生冷脆性延展性韧性延展性韧性熔点熔点钢中钢中S0.05%生铁生铁0.35%生铁生铁P0.3% 一般碳素一般碳素钢钢0.06% 优质钢优质钢0.03%轧轧辊钢高达辊钢高达 0.4 0.5%磷铁磷铁 15 20%之间之间弹性强度抗弹性强度抗氧化性氧化性流动性流动性易于铸造易于铸造（促使（促使C以游离态）以游离态）易于铸造防易于铸造防止轧辊轧止轧辊轧件间粘

14、合件间粘合抗酸碱性抗酸碱性检测意义检测意义决定钢铁型号及决定钢铁型号及用途主要指标用途主要指标直接影响钢铁性直接影响钢铁性能控制一定量能控制一定量有害成分严格降至一定量有害成分严格降至一定量三三 、 检测意义检测意义 综上所述，综上所述，C C是确定钢铁型号及用途是确定钢铁型号及用途主要指标主要指标 SiSi、MnMn直接影响钢铁性能直接影响钢铁性能( (有益的有益的)控制一定量控制一定量S S、P P有害成分有害成分 严格降至一定量严格降至一定量 因此，对于生铁和碳素钢：因此，对于生铁和碳素钢：C C、SiSi、MnMn、S S、P P等五等五种元素的含量是冶金或机械工业化验室日常生产控种元

15、素的含量是冶金或机械工业化验室日常生产控制的重要指标制的重要指标. .碳的测定碳的测定 测定各种形态的碳属于相分析；在测定各种形态的碳属于相分析；在成分分析中，一般钢样只测定总碳量。成分分析中，一般钢样只测定总碳量。生铁试样除测定总碳量外，常分别测定生铁试样除测定总碳量外，常分别测定游离碳和化合碳的含量。游离碳和化合碳的含量。总碳量的测定方法总碳量的测定方法 方法有很多，但通常都是将试样置于高温氧方法有很多，但通常都是将试样置于高温氧气流中燃烧，使之转化为二氧化碳再用适当方法气流中燃烧，使之转化为二氧化碳再用适当方法测定。测定。 归纳起来可分为三大类：归纳起来可分为三大类： 物理法物理法 化学

16、法化学法 物理化学法物理化学法燃烧燃烧- -气体容积法气体容积法( (气体容量法气体容量法) ) 燃烧燃烧- -气体容积法是目前国内外广泛气体容积法是目前国内外广泛采用的标准方法。本法成本低，有较高采用的标准方法。本法成本低，有较高的准确度，测得结果是总碳量的绝对值。的准确度，测得结果是总碳量的绝对值。其缺点是要求有较熟练的操作技巧，分其缺点是要求有较熟练的操作技巧，分析时间较长，对低碳试样测定误差较大。析时间较长，对低碳试样测定误差较大。（一）方法原理（一）方法原理 试样在试样在12001300的高温的高温O2气流气流中燃烧，钢铁中的碳被氧化生成中燃烧，钢铁中的碳被氧化生成CO2: C +

17、O2 = CO2 4Fe3C + 13O2 = 4CO2 + 6Fe2O3 Mn3C +3O2 = CO2 + Mn3O 3FeS +5O2 = Fe3O4 +3SO2 3MnS + 5O2= Mn3O4 + 3SO2 用脱硫剂用脱硫剂( (活性活性MnOMnO2 2) )吸收吸收SOSO2 2生成的生成的COCO2 2与过剩的与过剩的O O2 2经导管引入量气管，测定容积，然后通过装有经导管引入量气管，测定容积，然后通过装有KOHKOH溶液的吸收器，吸收其中的溶液的吸收器，吸收其中的COCO2 2 COCO2 2十十2KOH = K2KOH = K2 2COCO3 3十十H H2 2O O

18、剩余的剩余的O O2 2再返回量气管中，根据吸收前后容积之再返回量气管中，根据吸收前后容积之差，得到差，得到COCO2 2的容积，据此计算出试样中的容积，据此计算出试样中碳的质量分碳的质量分数数。（二）主要试剂（二）主要试剂 1.氢氧化钾吸收剂溶液氢氧化钾吸收剂溶液(400g/L)； 2.除硫剂除硫剂 活性二氧化锰活性二氧化锰(粒状粒状)或钒酸银。或钒酸银。 2.1 钒酸银；钒酸银； 2.2 活性氧化锰；活性氧化锰； 3. 酸性氯化钠溶液（酸性氯化钠溶液（250g/L）；）； 4.助熔剂助熔剂 锡粒锡粒(或锡片或锡片)、铜、氧化铜、铜、氧化铜、纯铁粉。纯铁粉。 5.高锰酸钾溶液（高锰酸钾溶液（

19、40g/L）；）； 6.甲基橙指示剂（甲基橙指示剂（2g/L）。）。 v图图1 气体容量法定碳装置气体容量法定碳装置vl.氧气瓶，氧气瓶，2.氧气表，氧气表，3.缓冲瓶，缓冲瓶，4、5.洗气瓶，洗气瓶，6.干干燥塔，燥塔，7.玻璃磨口塞玻璃磨口塞,8.管式炉，管式炉，9.燃烧管，燃烧管，10.除硫除硫管管,11.容量定碳仪容量定碳仪(包括包括: 冷凝管冷凝管a 、量气管量气管b、水准瓶水准瓶c、吸收瓶吸收瓶d、小旋塞小旋塞e、三通旋塞、三通旋塞f、），），l2.球形干燥管，球形干燥管，13.瓷舟瓷舟,14.温度自动控制器温度自动控制器. 15. 供氧旋塞供氧旋塞v（三）仪器（三）仪器（四）分析

20、步骤（四）分析步骤 将炉温升至将炉温升至1200120013501350，检查管路及活塞是，检查管路及活塞是否漏气，装置是否正常，燃烧标准样品，检查仪器否漏气，装置是否正常，燃烧标准样品，检查仪器及操作。及操作。 称取适量试样置于瓷舟中，将适量助熔剂覆盖称取适量试样置于瓷舟中，将适量助熔剂覆盖于试样上面，打开玻璃磨口塞，将瓷舟放入瓷管内，于试样上面，打开玻璃磨口塞，将瓷舟放入瓷管内，用长钩推至高温处，立即塞紧磨口塞。预热用长钩推至高温处，立即塞紧磨口塞。预热lminlmin，按照定碳仪操作规程操作，测定其读数按照定碳仪操作规程操作，测定其读数( (体积或含体积或含量量) )。打开磨口塞，用长钩

21、将瓷舟拉出，即可进行下。打开磨口塞，用长钩将瓷舟拉出，即可进行下一试样分析。一试样分析。（五）测定条件（五）测定条件 1 1试样的燃烧程度试样的燃烧程度 燃烧温度燃烧温度 ; ;助熔剂降低燃烧温度助熔剂降低燃烧温度; ;通通O O2 2速度速度 2 2硫的干扰及消除硫的干扰及消除 在高温在高温O O2 2气流中燃烧时，试样中硫也转化为气流中燃烧时，试样中硫也转化为SOSO2 2： 如果生成的如果生成的SOSO2 2，在吸收前未能除去，同样，在吸收前未能除去，同样被被KOHKOH溶液吸收，干扰碳的测定。常用溶液吸收，干扰碳的测定。常用MnOMnO2 2除除去混合气体中的去混合气体中的SOSO2

22、23.3.测定中应注意的问题测定中应注意的问题 1. 1. 助熔剂中含碳量一般不超过助熔剂中含碳量一般不超过0.005% ;0.005% ;2.2.样品的放置要均匀地铺在燃烧舟中样品的放置要均匀地铺在燃烧舟中; ;3.3.定碳仪应装置在室温较正常的地方定碳仪应装置在室温较正常的地方( (距离高温炉约距离高温炉约300300500mm)500mm) 4.4.更换水准瓶所盛溶液、玻璃棉、除硫剂、氢氧化钾更换水准瓶所盛溶液、玻璃棉、除硫剂、氢氧化钾溶液后，均应作几次高碳试样，使二氧化碳饱和后，溶液后，均应作几次高碳试样，使二氧化碳饱和后，才可进行试样测定。才可进行试样测定。5.5.对测定含硫量较高的

23、试样对测定含硫量较高的试样( (大于大于0.2%)0.2%)，应增加，应增加除硫剂量或增加一个除硫管。除硫剂量或增加一个除硫管。6.6.吸收器、水准瓶内溶液以及混合气体三者的温吸收器、水准瓶内溶液以及混合气体三者的温度应基本相同，否则将产生正负空白值。度应基本相同，否则将产生正负空白值。7.7.如分析完高碳试样后，应空通一次，才可以接如分析完高碳试样后，应空通一次，才可以接着做低碳试样分析。着做低碳试样分析。8.8.当洗气瓶中硫酸体积显著增加及二氧化锰变白当洗气瓶中硫酸体积显著增加及二氧化锰变白时，说明已失效，应及时更换。时，说明已失效，应及时更换。9.9.观察试样是否完全燃烧，如燃烧不完全，

24、需重观察试样是否完全燃烧，如燃烧不完全，需重新分析。新分析。 硫的测定硫的测定 硫的测定方法很多。经典的硫酸钡硫的测定方法很多。经典的硫酸钡重量法用于测定高硫试样。燃烧重量法用于测定高硫试样。燃烧滴定滴定法具有简单、快速、准确及适应面广的法具有简单、快速、准确及适应面广的特点，被广泛采用，它也是国内外的标特点，被广泛采用，它也是国内外的标准方法。准方法。 介绍燃烧介绍燃烧滴定法中的滴定法中的燃烧燃烧碘酸碘酸钾容量法钾容量法 ( (一一) ) 原原 理理 将钢铁试样于将钢铁试样于12501350的高温下通氧的高温下通氧燃烧，使硫全部转化为二氧化硫，将生成的二氧燃烧，使硫全部转化为二氧化硫，将生成

25、的二氧化硫用淀粉溶液吸收，用碘酸钾标准溶液滴定至化硫用淀粉溶液吸收，用碘酸钾标准溶液滴定至浅蓝色为终点浅蓝色为终点: 燃烧：燃烧：4FeS + O2 = 2Fe2O3 + 4SO2 3MnS +5O2 = Mn3O4 + 3SO2 吸收吸收： SO2 + H2O= H2SO3滴定：滴定： KIO3 +5KI +6HCl = 3I2 +6KCl + 3H2O H2SO3 + I2 + H2O = H2SO4 + 2HI ( (二二) )主要试剂及仪器主要试剂及仪器 1碘酸钾标准滴定溶液碘酸钾标准滴定溶液 c(1/6K103)=0.01000mol/L、0.001000mol/L、0.000250

26、0mol/L； 2淀粉吸收液淀粉吸收液(10g/L)； 3.助熔剂助熔剂（三）仪器装置（三）仪器装置v定硫仪的滴定部分装置定硫仪的滴定部分装置 v1.球形管球形管 2.吸收杯吸收杯 3.滴定管滴定管( (四四) )测定步骤测定步骤 将炉温升至将炉温升至1200120013501350 C C，检查装置是否正常，检查装置是否正常，于定硫吸收杯中加入淀粉吸收液（硫小于于定硫吸收杯中加入淀粉吸收液（硫小于0.01%0.01%用用低硫吸收杯，加低硫吸收杯，加20mL20mL吸收液；硫大于吸收液；硫大于0.01%0.01%用高硫用高硫吸收杯，加吸收杯，加60mL60mL吸收液），以吸收液），以60060

27、01500mL/min1500mL/min的的流速通氧，用碘酸钾标准滴定溶液滴定至浅蓝色不流速通氧，用碘酸钾标准滴定溶液滴定至浅蓝色不褪，作为终点色泽，关闭氧气。褪，作为终点色泽，关闭氧气。 称取适量试样，置于称取适量试样，置于瓷舟瓷舟中，加入适量中，加入适量助助熔剂熔剂，将瓷舟推至高温处，将瓷舟推至高温处，预热预热0.50.51.5min1.5min，通氧，控制通氧，控制氧速氧速为为150015002000mL/min2000mL/min，燃烧后，燃烧后的的混合气体混合气体导入吸收杯中，导入吸收杯中，使淀粉吸收液蓝色使淀粉吸收液蓝色开始消褪，开始消褪，立即用碘酸钾标准溶液滴定并使液立即用碘酸

28、钾标准溶液滴定并使液面面保持蓝色保持蓝色，当吸收液褪色缓慢时，滴定速度，当吸收液褪色缓慢时，滴定速度也相应减馒，直至吸收液的色泽与原来的终点也相应减馒，直至吸收液的色泽与原来的终点色泽色泽相同相同，间歇通气后，色泽不变即为终点。，间歇通气后，色泽不变即为终点。 计算计算 mVVT0SvT 碘酸钾标准溶液对硫的滴定度，碘酸钾标准溶液对硫的滴定度，g/mL；v V 滴定试样所消耗碘酸钾标准溶液的体积，滴定试样所消耗碘酸钾标准溶液的体积，mL；v V0滴定空白时所消耗碘酸钾标准溶液的平均滴定空白时所消耗碘酸钾标准溶液的平均体积，体积，mL；v m 试料的质量，试料的质量，g。( (五五) )测定条件

29、测定条件 助熔剂用量助熔剂用量SO2的转化率的转化率SO2的回收率的回收率连续测定连续测定10个样品后，就应清除管内的氧个样品后，就应清除管内的氧化物化物 燃烧燃烧酸碱滴定法酸碱滴定法 本法采用本法采用双氧水双氧水溶液作为吸收剂吸收溶液作为吸收剂吸收二氧化硫二氧化硫，生成的生成的H2SO3被氧化被氧化为为H2SO4，然后用，然后用NaOH标标准滴定溶液滴定生成的准滴定溶液滴定生成的H2SO4，即可求出，即可求出SO2的的质量分数。质量分数。 吸收：吸收： SO2 + H2O = H2SO3 H2SO3 + H2O2 = H2SO4+H2O 滴定：滴定： 2NaOH + H2SO4 = Na2S

30、O4 + 2H2O 本法克服了本法克服了SO2在吸收器中逃逸的现象在吸收器中逃逸的现象，对滴，对滴定速度没有要求，尤其适合于碳硫的联合测定。定速度没有要求，尤其适合于碳硫的联合测定。该法终点敏锐，操作方便；燃烧过程中即使有该法终点敏锐，操作方便；燃烧过程中即使有SO3产生也能被滴定，不影响测定结果。产生也能被滴定，不影响测定结果。 钢铁中磷的测定方法有重量法、滴定法、光度钢铁中磷的测定方法有重量法、滴定法、光度法。一般是使磷转化为磷酸，在与钼酸铵反应生法。一般是使磷转化为磷酸，在与钼酸铵反应生成磷钼酸，在此基础上可用重量法、酸碱滴定法、成磷钼酸，在此基础上可用重量法、酸碱滴定法、磷钼杂多酸光度

31、法进行测定。磷钼杂多酸光度法进行测定。 磷的测定磷的测定 注意注意：（1）防止）防止P以以PH3形式挥发损失，使用氧化性形式挥发损失，使用氧化性酸分解样品；酸分解样品；（2）防止）防止Fe 3+消耗还原剂，加入消耗还原剂，加入NaF，使，使Fe 3+形成形成FeF63-.磷钼黄光度法磷钼黄光度法原理原理：在硝酸介质中：在硝酸介质中, ,正磷酸与钼酸铵、钒酸铵生成黄色正磷酸与钼酸铵、钒酸铵生成黄色磷钒钼杂多酸。磷钒钼杂多酸。max =max =380nm380nm， = 2.6 = 2.6103103。实际常在。实际常在420nm420nm测定，测定， = 1.3 = 1.3103103。磷钼蓝

32、光度法磷钼蓝光度法原理原理：在酸性溶液中，磷酸与钼酸生成黄色的磷钼杂多：在酸性溶液中，磷酸与钼酸生成黄色的磷钼杂多酸，可被硫酸亚铁、二氯化锡、抗坏血酸、硫酸肼等还酸，可被硫酸亚铁、二氯化锡、抗坏血酸、硫酸肼等还原为磷钼蓝，进行光度测定。原为磷钼蓝，进行光度测定。 max =max =905nm905nm， = = 5.345.34104104，常在，常在690nm690nm测定，测定， = 1.30 = 1.30104104。锰的测定锰的测定 锰是钢铁中有益元素，在炼钢中是良好的脱氧剂和脱锰是钢铁中有益元素，在炼钢中是良好的脱氧剂和脱硫剂。它以金属固熔体硫剂。它以金属固熔体MnSMnS状态存在

33、。状态存在。钢铁中锰含量的分钢铁中锰含量的分析通常采用滴定法和光度法。析通常采用滴定法和光度法。光度法光度法：高锰酸钾光度法。：高锰酸钾光度法。 试样用试样用HNOHNO3 3溶解，用溶解，用H H3 3POPO4 4与与FeFe3+3+配合成无色的配合成无色的Fe(HPOFe(HPO4 4) )2 2- -，在催化剂，在催化剂AgNOAgNO3 3作用下，以作用下，以(NH(NH4 4) )2 2S S2 2O O8 8为氧化为氧化剂，加热煮沸使剂，加热煮沸使MnMn2+ 2+ ，氧化为紫红色的氧化为紫红色的MnOMnO4 4- -，于，于530 nm530 nm波波长下测定吸光度长下测定吸

34、光度。 试样经硝酸硫酸溶解，锰转化为Mn2+,然后在Ag+的催化下，用过硫酸铵氧化Mn2+为Mn（）。反应方程式如下： 3MnS+14HNO3MnS+14HNO3 3=3Mn(NO=3Mn(NO3 3) )2 2+3H+3H2 2SOSO4 4+8NO+4H+8NO+4H2 2O O MnS+HMnS+H2 2SOSO4 4=MnSO=MnSO4 4+H+H2 2S S 3Mn3Mn3 3C+28HNOC+28HNO3 3=9Mn(NO=9Mn(NO3 3) )2 2+10NO+3CO+10NO+3CO2 2+14H+14H2 2O O 在催化剂AgNO3的作用下，(NH4)2S2O8对Mn2

35、+的催化氧化过程为： 2Ag2Ag+ +S+S2 2O O8 82-2-+2H+2H2 2O=AgO=Ag2 2O O2 2+2H+2H2 2SOSO4 4 5Ag5Ag2 2O O2 2+2Mn+2Mn2+2+4H+4H+ +=10Ag=10Ag+ +2MnO+2MnO4 4- -+2H+2H2 2O O滴定法原理：滴定法原理：滴定法滴定法：用过硫酸铵将锰氧化成七价，以亚砷酸钠：用过硫酸铵将锰氧化成七价，以亚砷酸钠- -亚亚硝酸钠标准滴定溶液滴定。硝酸钠标准滴定溶液滴定。 所产生的MnO4-用还原剂亚砷酸钠-亚硝酸钠标准溶液滴定，发生定量反应： 5AsO5AsO3 33-3-+2MnO+2M

36、nO4 4- -+6H+6H+ +=5AsO=5AsO4 43-3-+2Mn+2Mn2+2+3H+3H2 2O O 5NO5NO2 2- -+2MnO+2MnO4 4- -+6H+6H+ +=5NO=5NO3 3- -+2Mn+2Mn2+2+3H+3H2 2O O硅的测定硅的测定 目前钢铁中硅的测定方法很多，主目前钢铁中硅的测定方法很多，主要有重量法，滴定法，光度法等。重量要有重量法，滴定法，光度法等。重量法是最经典的测定方法，具有准确、适法是最经典的测定方法，具有准确、适用范围广等特点用范围广等特点 。光度法具有简单、快。光度法具有简单、快速、准确等特点，是目前实际应用最广速、准确等特点，是

37、目前实际应用最广泛的方法。其中应用最多的是硅钼蓝光泛的方法。其中应用最多的是硅钼蓝光度法。度法。( (一）方法原理一）方法原理 试样用稀酸溶解后，使硅转化为可溶性硅酸试样用稀酸溶解后，使硅转化为可溶性硅酸: 3FeSi+l6HNO3 = 3Fe(NO3)3+3H4SiO4+7NO +2H2O FeSi+H2SO4+4H2O = FeSO4+H4SiO4+3H2 加高锰酸钾氧化碳化物，再加亚硝酸钠还原过量加高锰酸钾氧化碳化物，再加亚硝酸钠还原过量的高锰酸钾，在弱酸性溶液中，加入钼酸，使其的高锰酸钾，在弱酸性溶液中，加入钼酸，使其与与H4SiO4反应生成氧化型的黄色硅钼杂多酸反应生成氧化型的黄色硅

38、钼杂多酸(硅钼硅钼黄黄)，在草酸的作用下，用硫酸亚铁铵将其还原为，在草酸的作用下，用硫酸亚铁铵将其还原为硅钼蓝硅钼蓝:H4SiO4 + 12H2MoO4 = H8Si(Mo2O7)6+10H2O H8Si(Mo2O7)6+4FeSO4+2H2SO4 H8 Si(Mo2O7)5Mo2O5+2Fe2(SO4)3+2H2Ov 于波长810nm处测定硅钼蓝的吸光度。本法适用于铁、碳钢、低合金钢中0.030l.00%酸溶硅含量的测定。 酸液显色硅钼黄H2C2O4提高酸度消除P、As干扰Fe2+还原为硅钼蓝比色测定（二）分析步骤（二）分析步骤 称取试样称取试样0.1g0.1g左右，置于左右，置于150mL

39、150mL烧杯烧杯中。加入中。加入30mL30mL硫酸硫酸(1+17)(1+17)，低温缓慢加热（不要煮沸）至，低温缓慢加热（不要煮沸）至试样完全溶解（并不断补充蒸发失去的水分）。试样完全溶解（并不断补充蒸发失去的水分）。煮沸，滴加高锰酸钾溶液（煮沸，滴加高锰酸钾溶液（40g/L)40g/L)至析出二氧化至析出二氧化锰水合物沉淀。再煮沸约锰水合物沉淀。再煮沸约lminlmin，滴加亚硝酸钠溶，滴加亚硝酸钠溶液液(100g/L)(100g/L)至试验溶液清亮，继续煮沸至试验溶液清亮，继续煮沸lminlmin2min(2min(如有沉淀或不溶残渣，趁热用中速滤纸过如有沉淀或不溶残渣，趁热用中速滤纸

40、过滤，用热水洗涤滤，用热水洗涤) )。冷却至室温，将试验溶液移。冷却至室温，将试验溶液移入入100mL100mL容量瓶容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。中，用水稀释至刻度，混匀。 移取移取10.00mL10.00mL上述试验溶液二份，分别置于上述试验溶液二份，分别置于50mL50mL容量瓶中容量瓶中( (一份作显色溶液用，一份作参比一份作显色溶液用，一份作参比溶液用溶液用) ) 显色溶液显色溶液 小心加入小心加入5.0mL5.0mL钼酸铵溶液，混匀。钼酸铵溶液，混匀。放置放置15min15min或沸水浴中加热或沸水浴中加热30s30s，加入，加入l0mLl0mL的草酸的草酸溶液，混匀。待沉淀溶解

41、后溶液，混匀。待沉淀溶解后30s30s内，加入内，加入5.0mL5.0mL的的硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。 参比溶液参比溶液 加入加入10.0mL10.0mL草酸溶液、草酸溶液、5.0mL5.0mL钼酸钼酸铵溶液、铵溶液、5.0mL5.0mL硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。度，混匀。 将显色溶液移入将显色溶液移入lcmlcm吸收皿中，以参比溶吸收皿中，以参比溶液为参比，于分光光度计波长液为参比，于分光光度计波长810nm810nm处测量溶处测量溶液的吸光度值。对没有此波长范围的光度计，液的吸光度值。对没有此波长范

42、围的光度计，可于可于680nm680nm处测量。处测量。 v思考一下思考一下测定波长测定波长的问题的问题v显色溶液显色溶液与与参比溶液参比溶液和通常情况下和通常情况下所选择的情况有什么区别？所选择的情况有什么区别？ Am ( g)m1 gA试液试液工工 作作 曲曲 线线v( g/50mL)（三）测定条件（三）测定条件酸度和钼酸铵浓度酸度和钼酸铵浓度 温度和时间温度和时间 试剂的加入顺序试剂的加入顺序 还原条件及光学性质还原条件及光学性质 干扰及消除干扰及消除 操作注意事项操作注意事项 v掌握掌握测硅消除P, As的干扰： 酸度是生成硅钼黄或硅钼蓝及排除P, As杂质干扰的重要条件。硅钼黄的在低

43、酸度生成， 然后提高酸度至3.04.0mol/L 消除P, As干扰。除P, As杂多酸由谁担任？ 可加入有机酸：草酸，酒石酸，柠檬酸消除干扰其中以H2C2O4效果最快H2C2O4除了提高酸度除杂质，还有其他作用： H2C2O4作用 a : 调整酸度（提高酸度），破坏P, As杂多酸，消除P, As干扰 b: 增加Fe2+还原能力并消除Fe3+黄色干扰 Fe3+Fe(C2O4)3EFe3+/Fe2+Fe2+还原能力五元素快速分析五元素快速分析 一、碳硫联合测定一、碳硫联合测定 二、硅、锰、磷的快速测定二、硅、锰、磷的快速测定 硅，锰，磷的测定硅，锰，磷的测定 SiMnPGB223 81规定规定

44、生铁或碳素钢生铁或碳素钢(1)高氯酸脱水重高氯酸脱水重量法量法(2)硅钼蓝比色法硅钼蓝比色法GB223 81(1)亚砷酸钠亚砷酸钠 亚亚硝酸钠容量法硝酸钠容量法(2)硝酸铵氧化容硝酸铵氧化容量法量法GB2233 81(1)二安替比林甲二安替比林甲烷磷钼酸重量烷磷钼酸重量法法(2)磷钼酸铵容量磷钼酸铵容量法法(3)乙酸丁酯萃取乙酸丁酯萃取磷钼蓝光度法磷钼蓝光度法(4)锑磷钼蓝光度锑磷钼蓝光度法国家冶金部法国家冶金部YB35-64磷钼磷钼蓝比色法测定蓝比色法测定四、钢铁中合金元素四、钢铁中合金元素( (一）铬（二苯碳酰二肼法）一）铬（二苯碳酰二肼法） 在弱酸性介质中，Cr()与二苯碳酰二肼形成紫红

45、色水溶性化合物，于540 nm波长处测定吸光度，在工作曲线上查得相应的浓度，计算铬的含量。例例 ： 丁二酮肟光度法测钢中镍，络合丁二酮肟光度法测钢中镍，络合物丁二酮肟镍的最大吸收波长为物丁二酮肟镍的最大吸收波长为470 470 nmnm，但试样中的铁用酒石酸钠掩蔽后，但试样中的铁用酒石酸钠掩蔽后，在在470 nm470 nm处也有一定吸收，干扰镍的处也有一定吸收，干扰镍的测定。为避免铁的干扰，可以选择波测定。为避免铁的干扰，可以选择波长长 520 520 nmnm进行测定，虽然测镍的灵进行测定，虽然测镍的灵敏度有所降低，但酒石酸铁不干扰镍敏度有所降低，但酒石酸铁不干扰镍的测定。的测定。吸光光度

46、法：硫氰酸盐吸光光度法吸光光度法：硫氰酸盐吸光光度法方法原理方法原理： 在酸性介质中，在一定条件下硫氰酸盐可与在酸性介质中，在一定条件下硫氰酸盐可与待测液中待测液中+6+6价成络合物，经价成络合物，经SnCl2SnCl2还原成还原成+5+5价价MoMo的的络合物后，可用吸光光度法定量。络合物后，可用吸光光度法定量。 硫氰酸盐硫氰酸盐（SCN-SCN-）可与）可与MoMo形成络合物，其中以形成络合物，其中以+5+5价价MoMo的络的络合物的橙黄色颜色最深，可用于比色定量。合物的橙黄色颜色最深，可用于比色定量。（三）钼（三）钼萃取比色，合金钢中钒的测定萃取比色，合金钢中钒的测定三元络合物三元络合物

47、紫红色紫红色萃取光度法萃取光度法= 530nmV(IV)氧化剂氧化剂V(V)钽试剂钽试剂CHCl3V-钽试剂钽试剂-ClHCl(3.5mol/L)1 : 2 : 1（四）钒（四）钒高锰酸钾高锰酸钾（五）钛（五）钛（一）方法综述（一）方法综述1 1、过氧化氢光度法、过氧化氢光度法2 2、二安替比林甲烷光度法、二安替比林甲烷光度法3 3、钛铁试剂光度法、钛铁试剂光度法4 4、苦杏仁酸置换铜盐溶液返滴定法、苦杏仁酸置换铜盐溶液返滴定法5 5、过氧化氢配位铋盐溶液返滴定法、过氧化氢配位铋盐溶液返滴定法（二）二安替比林甲烷光度法（二）二安替比林甲烷光度法1 1、方法原理、方法原理 ：在酸性溶液中：在酸性

48、溶液中TiOTiO2+2+ 与二安替比林甲烷生与二安替比林甲烷生成黄色配合物，于波长成黄色配合物，于波长420nm420nm处测定其吸光度。处测定其吸光度。第二节第二节 铝及铝合金分析铝及铝合金分析概述概述 （1 ）类型：铝合金通常分为类型：铝合金通常分为铸造用铝合金铸造用铝合金和和压力用铝合压力用铝合金金，后者又叫熟合金或变形铝合金。铸造铝合金分为简，后者又叫熟合金或变形铝合金。铸造铝合金分为简单的铝硅合金、特殊铝合金如铝硅镁、铝硅铜、铝铜铸单的铝硅合金、特殊铝合金如铝硅镁、铝硅铜、铝铜铸造合金、铝镁铸造合金、铝锌铸造合金等。造合金、铝镁铸造合金、铝锌铸造合金等。变形铝合金变形铝合金根据其性

49、能和用途的不同根据其性能和用途的不同通常分为铝、硬铝、防锈铝、通常分为铝、硬铝、防锈铝、线铝、锻铝、超硬铝、特殊铝和耐热铝等。线铝、锻铝、超硬铝、特殊铝和耐热铝等。（2 2） 分解样品方法：分解样品方法： 铝及其合金试样的分解常用铝及其合金试样的分解常用NaOHNaOH，不溶性的残渣再，不溶性的残渣再用用HNO3HNO3溶解。不直接用溶解。不直接用HNO3HNO3或浓或浓H2SO4H2SO4溶解，以免钝溶解，以免钝化。有时也用化。有时也用HClHCl溶解，不溶性残渣再用溶解，不溶性残渣再用HNO3HNO3分解分解. . （3 3） 成分：成分： 铝是主体元素，纯铝中一般含铝是主体元素，纯铝中一

50、般含97%97%以上；铸造铝合金以上；铸造铝合金含含80%80%左右，而变形铝合金通常在左右，而变形铝合金通常在90%90%左右。一般纯铝左右。一般纯铝中含有硅、铁、铜等元素，各种铝合金中常见有硅、中含有硅、铁、铜等元素，各种铝合金中常见有硅、镁、锌、铜、锰等元素，个别的铝合金还含有镍、铬。镁、锌、铜、锰等元素，个别的铝合金还含有镍、铬。分析方法以光度法为主。分析方法以光度法为主。1. 铝中铝的测定铝中铝的测定 纯铝中铝的测定方法可采用纯铝中铝的测定方法可采用EDTA滴定法滴定法。 该法在微酸性溶液中加入过量的一定量的该法在微酸性溶液中加入过量的一定量的EDTA标准滴定溶液，使铁、锌、铜等元素

51、与之形标准滴定溶液，使铁、锌、铜等元素与之形成配合物成配合物 然后在乙酸存在下，煮沸使铝全部形成然后在乙酸存在下，煮沸使铝全部形成配合物，以配合物，以XO为指示剂，用硝酸铅标准滴定溶液为指示剂，用硝酸铅标准滴定溶液回滴过量的回滴过量的EDTA。 加入氟化物使加入氟化物使AlAlEDTAEDTA解蔽，释放出与铝等量解蔽，释放出与铝等量的的EDTAEDTA，再用硝酸铅标准滴定溶液滴定，由此，再用硝酸铅标准滴定溶液滴定，由此计算铝的质量分数。锡、钛与计算铝的质量分数。锡、钛与EDTAEDTA形成的配合形成的配合物，同样被氟化物所取代，而释放出等量的物，同样被氟化物所取代，而释放出等量的EDTAEDT

52、A，结果偏高。但通常纯铝中的锡、钛含量，结果偏高。但通常纯铝中的锡、钛含量很低，可不考虑其干扰。若含量较高时，可采很低，可不考虑其干扰。若含量较高时，可采用碱分离进行测定。用碱分离进行测定。 2. 2. 锌的测定锌的测定 在部分铝合金在部分铝合金(如超硬铝合金及铸造铝合金如超硬铝合金及铸造铝合金)中。锌中。锌是主要合金元素，而在其它铝合金中锌是杂质成分，是主要合金元素，而在其它铝合金中锌是杂质成分，其含量一般不大于其含量一般不大于0.5%。 EDTA滴定法滴定法 在化学分析中一般采用化合物掩蔽滴定法。方法用在化学分析中一般采用化合物掩蔽滴定法。方法用强碱溶解试样，使铁、铜、锰等成氢氧化物沉淀而

53、分强碱溶解试样，使铁、铜、锰等成氢氧化物沉淀而分离。而铝、锌进入溶液。在离。而铝、锌进入溶液。在pH=l0的氨性溶液中，用的氨性溶液中，用氟化物掩蔽大量铝及残余铁、锰等干扰元素，以氟化物掩蔽大量铝及残余铁、锰等干扰元素，以CuEDTA及及PAN为指示剂，用为指示剂，用EDTA标准滴定溶液滴定标准滴定溶液滴定锌。锌。3. 3. 硅的测定硅的测定 铝合金中硅的测定通常采用铝合金中硅的测定通常采用重量法重量法。试样用。试样用NaOHNaOH分解，再用硝酸分解，再用硝酸硫酸分解残渣，使硫酸分解残渣，使SiO2SiO2 n nH2OH2O析出并脱水，按常规方法以析出并脱水，按常规方法以SiO2SiO2形式称形式称量计算出硅的质量分数。灼烧后的不纯量计算出硅的质量分数。灼烧后的不纯SiO2SiO2，用，用氢