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金属粉末中可被氢还原氧含量的测定 - 卡尔·菲休法

发布日期:2022-01-06   浏览量:59


GB/T 4164-2008/ISO 4491-3:1997 金属粉末中可被氢还原氧含量的测定

范围
本标准说明了氧含量(质量分数)在0.05%~3%的金属粉末中可被氢还原氧的测定方法。
本方法适用于非合金化、部分合金化和完全合金化的金属粉末,也适用于碳化物和粘结金属的混合物。它不适用于含有润滑剂或者有机粘结剂的粉末。
通过使用专用催化装置,本方法可以扩大到用于测量含碳的粉末。
ISO 4491 应与 ISO 760 和 ISO 4491-1 一同阅读。

原理
试样在干燥的氮气或氩气中于低温(170°C)干燥。
在给定温度下于纯净干燥氢气流中对试样加热。氧化物与氢发生反应,所生成的水被甲醇吸收。用卡尔·菲休试剂滴定,通过视觉观察颜色的变化或用双电极电测量方法(死停点)来确定终点。
对于含碳的粉末,由镍触媒在380°C将生成的一氧化碳和二氧化碳转化成甲烷和水。

试剂
在分析过程中,只能用己确认的分析纯试剂,所用水为蒸馏水或同等纯度的水。
警告: 卡尔·菲休试剂含有4种有毒化合物: 碘、二氧化硫、吡啶和甲醇,要避免直接接触,特别是避免吸入。意外溢出时,用大量水冲洗。
无水甲醇。
卡尔·菲休试剂,每毫升溶液相当于1mg氧。
用下列任一种方法可以测定卡尔·菲休试剂的滴定度:
a) 向滴定瓶中加入20mg~30mg 水,精确至0.1mg;
b) 加入100mg~200 mg的磨成粉末并在105°C±5°C下干燥成质量稳定的酒石酸钠[合格的材料为理论上含(质量分数)15.16%的水,相当于(质量分数)13.92%的氧]。精确至0.1mg。
c) 按"步骤"所示方法,取100mg~200mg纯的酒石酸钠,称重精确至0.1mg,作为标准样品,必须在170°C下加热使其释放所含结晶水,随后滴定所生成之水。
详细标准过程见 ISO 760 。
氢气: 含氧量不超过0.005%(质量分数),露点不大于-45°C。
氮气或氩气: 含氧量不超过0.005%(质量分数),露点不大于-45°C。
干燥剂: 粒状无水硅酸铝钠,活化硅胶或高氯酸镁。

仪器
注: 可选用的仪器安装方法分别见图1(方法1)和图2(方法2)。
氢气源(A),装有压力调节阀、流量控制阀及流量计。
净化器(B),用于净化氢气,包括一个触媒脱氧器和一个干燥器。
氮气或氩气源(C),装有压力调节阀、流量控制阀及流量计。
气体选择阀(D) 。
气体干燥装置(E),包括干燥剂。

图1.jpg

还原管(E),由气密性好的石英或耐火材料(如致密的氧化铝)制成,应满足下列技术标准系列之一:
a) 内径27mm~30mm,长为400mm的一端封闭的管,另外包括直径5mm~6mm,长度分别为60mm~80mm和200mm~240mm的两根小石英管,如图3所示。将这种装置插入干燥炉内,然后再插入还原炉内。
b) 内径约20mm,长1m,以及有一个进气口和一个出气口的两端不封闭的管。该管应一直
插人在这两个炉内。
炉子(G),其一用于标准样品脱水,另一用于氧的还原,利用温度控制系统,能使放置舟的的部位的温度保持在规定的温度范围内。
舟(H),舟的材质最好是高氧化铝陶瓷,并带有抛光表面,大小应以试样装填量不超过其一半为宜,在使用前必须于900°C~1100°C的氢气中焙烧至少1h,使用前储存在干燥器中。
触媒转化装置(I),由装镍触媒的玻璃管和带有能使玻璃管内保持380°C的控制系统的炉子组成。该触媒应置于氢气中。
直通管(J),当不需触媒转化装置时使用,其功能是使空气无法接触镍触媒。
滴定瓶(K),容量200mL~300mL,装有磁力搅拌器或类似装置,如果使用的是电子自动检测终点方法,还应装有两个铂金电极。
终点检定仪(L),用于电子自动检测的情形(见图4)。
滴定管(M),容量为25mL,刻度精确到0.05mL,装有"干燥剂"规定中的任一种干燥剂的防护管,以防止大气中的水分。

图3.jpg

试样
粉末应当在标准状态下测试。

步骤
试料
称重,按预计的可被氢还原氧含量称取试料量于表1,精确至0.1mg。
表1.jpg

试验条件
使用的还原温度见表2。
在下列温度下的还原时间约20min,对每一种仪器和每一种粉末,使其完全还原的最佳保温时间应由试验确定。

表2续.jpg

仪器设备
将仪器按图1所示方法1或图2所示方法2布置。将还原炉温度调至还原温度。按方法1布置时,还应将还原管放至炉外。
用卡尔·菲休试剂冲洗滴定管以确保不存在能改变试剂滴定度的水分,排除冲洗液,在滴定管中放入卡尔·菲休试剂。
将甲醇加入滴定瓶,小心调整液面,液面在进气口以上(如用电极,液面应在电极以上)。起动磁力搅拌器,用卡尔·菲休试剂滴定至可见终点,以中和甲醇中的微量水。
如使用电测终点检测(见图4),接通电测终点检定仪的开关S,使电极短路,并调节可变电阻器R,使微安计N上通过120μA电流,断开开关S。
对于两种方法,都要将氮气流量调节到至少30L/h,通10min。利用气体选择阀将氮气换成氢气,重新调节流量至少25L/h。
按方法1操作时,需将还原管插入还原炉中,放置10min。将气流由氢气改回氮气。抽出还原管并冷却至室温。
再一次滴定甲醇至可见终点。
用规定的空白试验检查仪器的状态和气密性。
警告: 当管子还是热的时候,除非已改回通氮气,否则不要停止通氢气。
空白试验
空白试验是使用一个空舟,按试验部分规定的程序进行每一步试验。
注: 处于良好状态的仪器在20min的加热周期中的空白试验,产生的氧约1mg,如结果较高或得到不同结果,则应检查仪器是否漏气。
测定
如有必要消除碳的影响,使用上述两种方法,都需要先将触媒转换器预加热至380°C±10°C进入工作状态,在放入舟前打开转换装置。
在测定结束时,应在氢气转换氮气之前,确保触媒转换器处在直通部位。
注: 如需要知道试祥中的水分,可以通过在干燥过程中消耗的卡尔·菲休试剂的体积来计算。
方法1: 终端密封还原管
打开还原管,将装有已称量过被测样品的舟放人其中,关闭管道,用干燥氮气以最少30L/h的流速冲洗,以排除试样带入的空气。如过去尚未确定冲洗时间,可允许10min。
将甲醇滴定到可见终点,调整氮气流为25L/h,并将管子插入温度为170°C±10°C的炉中。干燥结束时,用目测或电测终点检定仪将甲醇滴定到终点。如果用电测终点,则应预先调节检定仪。记录滴定管中卡尔·菲休试剂的体积和干燥时间。利用气体选择阀,将气体由氮气换成氢气,调整流速至25L/h,并将管子插入保温在还原温度的还原炉中,还原结束时,以上述同样的终点测定法将甲醇滴定至终点。读出并记录滴定体积V1,并记录时间,利用气体选择阀,将气流由氢气换成氮气,把管子从炉中拔出,将管子冷却至室温,如需要可用吹风机冷却,打开管子取出舟。
方法2: 终端开口还原管
应保证炉温设置正确,用干燥氮气冲洗,然后打开还原管,将含有试料的舟放入,用不锈钢钩将舟推入干燥区,用气密塞将管塞严。在干燥过程结束时,用卡尔·菲休试剂滴定甲醇。
将氮气转成氢气,将舟推入还原炉的高温区,在还原过程结束时,用卡尔·菲休试剂滴定,记录所消耗试剂体积V1
将氢气转成氮气,将舟移入低温区,1min后将其从管内取出。
同样的检测至少进行两次。

试验结果的计算和表示
可被氢还原氧的含量以质量分数O还原表示,由式(1)计算:
式1.jpg
式中:
V1一一用于滴定试料的卡尔·菲休试剂体积,单位为毫升(mL);
V2一一用于空白试验的卡尔·菲休试剂体积,单位为毫升(mL);
m一一试料的质量,单位为毫克(mg);
n 一一卡尔·菲休试剂对氧的滴定度,单位为毫克每毫升(mg/mL)。
试验结果的计算和表示见表3。
表3.jpg


京都电子KEM 卡尔·菲休水分测定仪 MKV-710S
京都电子KEM 还原管高温加热炉 ADP-512

mkv710s.png   

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