GBT 5124.2-2026 硬质合金化学分析方法 第2部分：不溶(游离)碳量的测定 重量法和气体容量法标准立项发展报告

硬质合金化学分析方法第2部分：不溶（游离）碳量的测定重量法和气体容量法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MethodsforChemicalAnalysisofHardmetals—Part2:DeterminationofInsoluble(Free)CarbonContent—WeightMethodandGasometricMethod摘要关键词：硬质合金；不溶碳；游离碳；化学分析；重量法；气体容量法；标准修订Keywords:hardmetals;insolublecarbon;freecarbon;chemicalanalysis;weightmethod;gasometricmethod;standardrevision1引言硬质合金是以高硬度难熔金属碳化物（如碳化钨WC、碳化钛TiC等）为硬质相、以铁族金属（如钴Co、镍Ni等）为粘结相，通过粉末冶金工艺制备而成的复合材料。因其兼具高硬度、高耐磨性、良好红硬性及一定韧性，被誉为“工业牙齿”，在现代制造业中占据不可替代的地位。据统计，全球硬质合金产量持续增长，中国已成为世界最大的硬质合金生产国和消费国，年产量占全球总产量的40%以上，广泛应用于汽车制造、航空航天、矿山开采、能源装备及电子信息等国民经济重点领域。在硬质合金的生产与研发中，碳含量的精确控制是决定材料性能的核心要素之一。硬质合金中的碳以两种形态存在：化合碳（与金属元素结合形成碳化物，如WC、TiC等）和游离碳（以石墨形态独立存在的不溶碳）。游离碳的存在会严重恶化硬质合金的性能——游离碳聚集处形成软点，显著降低合金的硬度和耐磨性，同时削弱粘结强度，导致材料在使用过程中易出现崩刃、剥落等失效现象。因此，准确测定硬质合金中不溶（游离）碳的含量，对于生产工艺控制、产品质量判定及科研开发均具有至关重要的意义。GB/T5124.2《硬质合金化学分析方法第2部分：不溶（游离）碳量的测定重量法和气体容量法》是我国硬质合金化学分析领域的基础方法标准之一，上一版本为2008年发布。历经十余年的实施应用，该标准在指导行业检测实践方面发挥了重要作用。然而，随着硬质合金产业技术的快速发展、检测仪器设备的更新换代以及国际标准ISO3907的修订更新，原标准在适用性、科学性和先进性方面逐渐显现出不足。为此，在全国有色金属标准化技术委员会的统筹组织下，对该标准进行了系统的修订，形成了新版本GB/T5124.2-2026，并将于2026年12月1日正式实施。2标准修订背景与任务来源2.1标准修订的必要性GB/T5124.2-2008《硬质合金化学分析方法不溶（游离）碳量的测定重量法和气体容量法》自2008年发布实施以来，为国内硬质合金生产企业和检测机构提供了统一的技术依据，对我国硬质合金行业的质量控制和产品检测发挥了重要保障作用。然而，随着产业环境和技术条件的深刻变化，该标准面临以下几方面的修订需求。第一，国际标准更新带来的协调需求。国际标准化组织粉末冶金技术委员会（ISO/TC119）对ISO3907标准进行了系统修订，新版ISO3907:2025在技术内容、试验条件、精密度数据等方面均有所调整。作为采用国际标准的重要举措，我国相应国家标准亟需跟进修订，以保持与国际标准的技术一致性，消除潜在的贸易技术壁垒。第二，硬质合金产业升级带来的精度需求。近年来，随着高端制造、精密加工等领域的快速发展，市场对高性能硬质合金的品质要求不断提高，对游离碳检测的准确性和精密度提出了更严格要求——检测结果的可靠性直接影响高端产品的质量控制与工艺优化。第三，检测技术进步带来的方法优化空间。十余年间，分析仪器的精度和自动化程度显著提升，高效节能的电加热炉等设备逐步普及，称量设备的精度亦有长足进步。原标准部分技术参数存在进一步优化的空间。第四，标准实施中反馈的技术问题。在长期实施过程中，用户反馈了一些需要明确或修正的技术细节问题，如试样制备的规范性、空白试验的具体操作、特定类型硬质合金的适用性等，均需在修订中予以回应。2.2任务来源与工作过程本标准的修订任务由国家标准化管理委员会下达，由全国有色金属标准化技术委员会（SAC/TC243）提出并归口。修订工作由多家国内硬质合金领域的优势单位协作完成，主要包括：株洲硬质合金集团有限公司（牵头起草单位）、中国有色金属工业标准计量质量研究所、深圳市金洲精工科技股份有限公司、国合通用（青岛）测试评价有限公司等。多家科研院所和生产企业也参与了验证试验和技术研讨工作。修订工作自2024年初启动，经历了草案起草、讨论稿完善、试验验证、征求意见、送审稿审查及报批等阶段。起草组在充分调研国内外相关技术资料和标准文本的基础上，结合多年的实践经验和试验数据，形成了标准修订草案。随后，通过多次工作会议和函审方式广泛征求行业意见，对标准文本进行了多轮修改和完善。2025年底，标准通过全国有色金属标准化技术委员会组织的专家审查。2026年5月25日，国家标准化管理委员会正式批准发布GB/T5124.2-2026，并将于2026年12月1日起正式实施，替代GB/T5124.2-2008。3标准主要技术内容3.1标准适用范围本标准规定了硬质合金中不溶（游离）碳量的两种测定方法——方法一为重量法，方法二为气体容量法，并明确了两种方法的适用场景。其中，重量法适用于游离碳含量（质量分数）大于0.01%的硬质合金样品，覆盖了常规硬质合金产品的游离碳检测需求；气体容量法适用于游离碳含量大于0.05%的样品，适合含碳量相对较高、需快速获取结果的场景。两种方法均适用于各种牌号的硬质合金及其混合料等粉末冶金制品的检测需求。3.2方法原理重量法的原理：试样经酸溶解处理，使化合碳以碳化物形式进入溶液或形成可溶性络合物，不溶（游离）碳则作为残渣保留。将残渣经过滤、洗涤、干燥后，置于高温氧气流中燃烧，使游离碳完全氧化为二氧化碳，通过吸收装置定量吸收二氧化碳，根据吸收前后的质量差计算出游离碳的含量。该方法以质量测量为基础，具有直观、稳定、不需标准物质校准等优点，适合仲裁分析及高精度要求的检测场景。气体容量法的原理：将试样在管式炉中高温燃烧，试样中不溶（游离）碳与氧气反应生成二氧化碳。燃烧产生的混合气体经净化处理后，收集于量气管中，以氢氧化钾溶液吸收其中的二氧化碳，根据吸收前后气体体积的变化量计算游离碳含量。该方法操作相对快速，适合日常批量检测的场景。需要指出的是，此前版本中对“游离碳”或“不溶碳”的表述与国际标准间存在差异。本次修订在兼顾国内行业术语习惯的基础上，进一步明确了方法原理的表述——强调了“不溶（游离）碳”这一概念的内涵在于：试样经酸溶解处理后，未溶解进入溶液而以固态残渣形式存在的碳，其主要形态为石墨态游离碳。这一处理方式有效避免了测定过程中碳化物（如WC）中化合碳的干扰，保证了测定结果对“游离碳”的选择性。3.3试剂与材料标准对分析过程中所使用的试剂和材料作出了明确规定，主要包括：盐酸、硝酸、氢氟酸等酸类试剂，用于溶解试样基体；高氯酸镁或无水硫酸铜等干燥剂，用于吸收气体中的水分；碱石棉或苏打石灰，用于吸收二氧化碳；氧气（纯度不低于99.5%），作为燃烧气体。修订后的标准对部分试剂的纯度要求进行了合理调整，增加了对试剂中碳空白值的控制要求，以降低试剂引入的系统误差。例如，对于氧气纯度，标准明确要求其中含碳杂质需控制在一定水平以下，避免对测定结果产生显著影响。3.4仪器与设备标准规定的仪器设备主要包括：高温管式电炉（能加热至1100℃~1200℃并保持恒温）、刚玉舟或瓷舟（用于盛装试样）、分析天平（感量不低于0.1mg）、气体容量法装置（包括量气管、水准瓶、吸收器及净化系统）以及干燥塔、洗气瓶等辅助设备。修订后的标准根据当前设备技术水平，对电炉的温控精度、炉管材质要求等提出了适当调整。同时，删除了已不适用的老式设备规格参数，使标准更好地适应当前实验室的主流设备配置，提升了标准的可操作性。3.5试样与分析步骤试样制备方面：标准规定，分析试样应通过0.1mm（或更细）的筛网，混合均匀后在105℃~110℃烘箱中干燥至恒重后置于干燥器中冷却备用。值得强调的是，在硬质合金的测定实践中，样品通常无法直接用酸完全溶解（硬质合金块体需先经破碎或在制备分析试样阶段以合金粉末形式存在），需将样品在研钵中研磨至全部通过规定孔径的筛网以保证取样的代表性。修订后的标准对破碎和研磨过程中的防污染措施提出了明确要求，避免研磨工具引入含碳杂质。重量法测定步骤：称取适量试样（通常为1g~2g，精确至0.0001g）置于烧杯中，加入适量酸溶液，低温加热使基体溶解。用已知质量的滤纸过滤或使用微孔滤膜抽滤，洗涤残渣至滤液呈中性且无氯离子反应。将残渣连同滤纸（或滤膜）置于坩埚中，经烘干、碳化后，在高温炉中于氧气流中燃烧。燃烧产生的气体经净化系统除去干扰组分后，二氧化碳被吸收管中的碱石棉吸收，根据吸收管增加的质量和试样质量计算游离碳含量。气体容量法测定步骤：准确称取适量试样置于瓷舟中，推入管式炉高温区，在氧气流中燃烧。燃烧气体经冷却、净化后导入量气管。量气管中液面读数后，将气体通过盛有氢氧化钾溶液的CO₂吸收瓶，使二氧化碳被吸收；再次读取量气管液面，前后体积之差即为二氧化碳体积。根据气体方程将二氧化碳体积换算为碳的质量，进而计算游离碳含量。3.6结果计算与精密度标准明确了分析结果的计算公式及各符号的物理意义，并对测定结果的表示方式作了规定——游离碳含量以质量分数ω（%）表示，结果保留至小数点后两位或按产品标准的规定执行。允许差方面，标准规定了同一实验室和不同实验室间的允许差范围，为检测结果的可靠性评价提供了量化判据。修订过程中，起草组组织了多家实验室进行了协同试验，采用统计学方法对试验数据进行了处理，获得了更为可靠的精密度数据。修订后的标准以“重复性限r”和“再现性限R”的形式给出了精密度指标，这比原版标准的表述更加科学规范，也与当前国际标准的表述方式保持一致。在GB/T6379系列标准的框架下开展协同试验和数据处理，保证了精密度数据的统计可靠性。4标准修订遵循的原则4.1一致性原则本标准的修订充分考虑了与国际标准的一致性，积极采用ISO3907:2025《硬质合金—不溶（游离）碳量的测定—重量法和气体容量法》的核心技术内容，结合国内硬质合金产业的实际需求和检测技术水平，在方法原理、仪器设备、操作步骤等关键技术要素上与国际标准保持协调一致，有利于促进国际贸易和技术交流。需要说明的是，采用国际标准并非机械照搬，而是在验证试验基础上，结合国内十余年标准实施经验进行了适用性调整，使标准更具可操作性。这种“采标”与“优化”相结合的策略，既保证了国际协调性，又避免了因国外实验室设备条件差异导致的部分要求在国内“水土不服”，两者兼顾，实现了技术先进性与操作可行性的平衡。4.2继承性原则原GB/T5124.2-2008标准在国内硬质合金行业经过十余年的实施验证，其方法框架和分析流程已被广大检测人员熟练掌握，积累了丰富的实践经验和大量的检测数据。本次修订在总体上延续了原标准的方法框架和技术路线，保留了经过实践检验的成熟内容，仅对不完全适应技术发展需求的部分进行修订和完善，确保标准修订的平稳过渡和维护检测工作的延续性。4.3先进性原则修订过程中密切跟踪当前硬质合金化学分析领域的国际发展动态和最新技术成果，结合近年来分析仪器设备的技术进步，对标准的技术参数和操作条件进行了优化；参考了国内外实验室能力验证数据和协同试验结果，科学确定精密度指标；在文本表述上力求准确简洁，既保证技术内容的严谨性，又便于使用者的理解和操作。4.4适用性原则标准修订充分考虑不同类型检测实验室（生产企业实验室、第三方检测机构和科研院所实验室）的设备条件和技术能力差异，在保证方法可靠性的前提下，合理设定仪器设备要求和操作条件范围；注重标准文本的可操作性，对容易产生歧义的步骤给予了必要的说明，为实际应用提供清晰的技术指引。5标准实施的预期效益5.1经济效益统一和先进的检测方法是产品质量保障的基础。本标准的修订和实施，将有助于硬质合金生产企业更精准地控制产品中的游离碳含量，降低因碳含量失控导致的产品质量事故和质量异议，提高产品合格率和质量稳定性，从而降低生产成本，提升经济效益。精准的检测标准和可靠的分析数据，可为高端硬质合金产品的研发和生产提供有力的技术支撑。此外，与国际标准协调一致的产品检测方法有助于减少贸易摩擦，降低进出口检测成本。采用国际通行的检测方法，能够使国内产品检测数据获得国际互认，减少重复检测带来的费用和时间损耗，提升我国硬质合金产品的国际竞争力。5.2社会效益本标准的实施将促进硬质合金行业整体检测水平的提升，为产品质量监督抽查、市场秩序规范和有质量争议时各方开展仲裁分析提供统一的技术依据，对保障消费者权益发挥积极作用。同时，标准的修订过程汇聚了行业优势资源，推动了先进检测技术和质量管理理念在行业内的传播，有利于提高全行业的质量意识和技术水平。本标准的实施也是对《中华人民共和国标准化法》和《国家标准化发展纲要》的贯彻落实，有利于推动我国标准化战略的实施。5.3环境效益本标准的修订在一定程度上也体现了绿色环保理念。相较于旧版标准，修订后的标准在试剂用量和废弃物处理方面提出了更加合理的要求。同时，精确的碳含量测定有助于优化硬质合金生产工艺中的碳平衡控制，减少因成分失控导致的废品和资源的无效消耗，符合绿色制造和可持续发展的要求。6主要起草单位与归口单位6.1归口单位概况本标准由全国有色金属标准化技术委员会（SAC/TC243）归口。该委员会是国家标准化管理委员会批准设立的全国性专业标准化技术组织，负责有色金属领域国家标准的规划、立项、起草、审查和复审等工作。在硬质合金标准体系建设方