金屬及其復(fù)合材料的開發(fā)研制與應(yīng)用苔悦，常常要求有效地控制及準確地測定其中的碳硫含量。金屬材料中碳主要以游離碳抖部，固溶碳和化合碳等形式存在诺凡，還有氣態(tài)碳和表面保護的滲碳及涂敷的有機碳等东揣。

　　目前分析金屬中碳含量的方法主要有燃燒法践惑，發(fā)射光譜法，氣體容量法嘶卧，非水溶液滴定法尔觉，紅外吸收法及色譜法等。由于每種測定方法有一定的適用范圍芥吟，而且測定結(jié)果受很多因素的影響侦铜，如碳的存在形式、氧化時碳能否釋放完全钟鸵、空白值等钉稍，所以同一種方法在不同的場合準確度有一定差異。本文整理了目前金屬中碳的分析方法携添、樣品處理嫁盲、所用的儀器及應(yīng)用領(lǐng)域等內(nèi)容。

　　1.紅外吸收法

　　基于紅外吸收法發(fā)展出的燃燒紅外吸收法是屬于碳(和硫)定量分析專用方法烈掠。

　　其原理是將試樣在氧氣流中燃燒羞秤，生成CO2，在一定壓力下左敌，CO2吸收紅外線的能量與其濃度成正比瘾蛋，因此測出CO2氣體流經(jīng)紅外吸收器前后的能量變化，則可計算出含碳量矫限。

 

燃燒-紅外吸收法原理 

　　近年來哺哼，紅外氣體分析技術(shù)發(fā)展很快，各種利用高頻感應(yīng)加熱燃燒及紅外光譜吸收原理的分析儀器也迅速地出現(xiàn)叼风。對于高頻燃燒紅外吸收法測定碳和硫取董，一般應(yīng)考慮以下幾個因素：試樣的干燥性、電磁感性无宿、幾何尺寸茵汰，試樣量，助熔劑的種類孽鸡、配比蹂午、加入次序及加入量，空白值的設(shè)置等彬碱。

　　該法優(yōu)點是定量準確豆胸，干擾項較少。適合對碳含量準確度有較高要求巷疼，且生產(chǎn)中有足夠時間進行檢測的用戶晚胡。

　　2.發(fā)射光譜法

　　元素在受到熱或電激發(fā)時，會由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，而激發(fā)態(tài)會自發(fā)地返回到基態(tài)搬泥。在由激發(fā)態(tài)返回到基態(tài)的過程中桑寨，會釋放每種元素的特征譜線伏尼，根據(jù)特征譜線的強度可以測定出其含量忿檩。

 

發(fā)射光譜儀原理

　　在冶金行業(yè)，由于生產(chǎn)的急迫性爆阶，需要在很短的時間內(nèi)分析出爐水內(nèi)所有主要元素的含量燥透，而不僅僅是碳含量”嫱迹火花直讀發(fā)射光譜儀由于能夠快速得到穩(wěn)定的結(jié)果班套，所以成為該行業(yè)的首選。但該法對于樣品制備有特定要求故河。

　　例如吱韭，火花光譜法分析鑄鐵試樣時，要求分析表面的碳都以碳化物的形式存在鱼的，不能有游離石墨理盆，否則就會影響分析結(jié)果。有用戶利用薄片樣品急冷快凑阶，白口化好的特點猿规，將樣品制成薄片后，用火花光譜分析法測定鑄鐵中碳的含量宙橱。

　　火花光譜法分析碳素鋼線狀樣品時姨俩，須嚴格加工處理好樣品并使用小樣品分析夾具將樣品“直立”或“平躺”放在火花臺上進行分析，以提高分析的精密度师郑。

　　3.波長色散X射線法

　　波長色散X-射線分析儀可以對多元素進行快速同時測定环葵。

 

波長色散X射線熒光光譜儀原理

 

　　在X射線激發(fā)下，被測元素原子的內(nèi)層電子發(fā)生能級躍遷而發(fā)出次級X射線(即X熒光)宝冕。波長色散型X射線熒光光譜儀(WDXRF)是用晶體分光而后由探測器接收經(jīng)過衍射的特征X射線信號张遭。如果分光晶體和控測器作同步運動，不斷地改變衍射角猬仁，便可獲得樣品內(nèi)各種元素所產(chǎn)生的特征X射線的波長及各個波長X射線的強度帝璧，可以據(jù)此進行定性分析和定量分析。該種儀器產(chǎn)生于50年代湿刽，由于可以對復(fù)雜體系進行多組分同時測定而受到關(guān)注的烁，特別在地質(zhì)部門，先后配置了這種儀器诈闺，分析速度顯著提高渴庆，起到了重要作用。

　　但是，輕元素碳由于特征輻射的波長較長襟雷，熒光產(chǎn)額低刃滓，在鋼鐵等重基體材料中，基體對碳的特征輻射的吸收衰減又很大等原因耸弄，常給碳的XRF分析造成一定的困難咧虎。另外，在用X射線熒光儀測量鋼中的碳時计呈，如果將磨過的樣面連續(xù)測10次砰诵，可發(fā)現(xiàn)碳含量值在不斷增加。故該方法的應(yīng)用面不如前兩種廣泛捌显。

　　4.非水溶液滴定法

　　非水溶液滴定法是在非水溶劑中進行滴定的方法茁彭。該法可使原本在水溶液中不能滴定的某些弱酸弱堿，經(jīng)選擇適當溶劑扶歪，增強其酸堿性后理肺，便可以進行滴定。CO2在水中溶液生成的碳酸善镰，酸性較弱妹萨，通過選擇不同的有機試劑可準確滴定。

　　以下為常用的一種非水滴定方法：

　∠苯① 試樣經(jīng)碳硫分析儀配套的電弧燃燒爐高溫燃燒眠副。

　　② 燃燒放出的二氧化碳氣體被乙醇-乙醇胺溶液吸收竣稽，二氧化碳與乙醇胺反應(yīng)生成比較穩(wěn)定的2-羥基乙基胺羧酸囱怕。

　　③ 使用KOH進行非水溶液滴定毫别。

　　本方法中使用的試劑有毒娃弓，長期接觸會影響人體健康，而且難于操作岛宦，尤其碳含量高時須預(yù)置溶液台丛，稍不注意會跑碳造成結(jié)果偏低。非水溶液滴定法中使用的試劑多屬于易燃品砾肺，實驗中又涉及到高溫加熱操作挽霉，操作人員要有足夠的安全意識。

　　5.色譜法

　　火焰原子化檢測器與氣相色譜聯(lián)用变汪，將樣品在氫氣中加熱侠坎，然后使用火焰原子化檢測器-氣相色譜法檢測放出的氣體(如CH4和CO)。有用戶使用該法測試高純鐵中微量的碳裙盾，含量為4μg/g实胸，分析時間為50min他嫡。

　　該法適用于碳含量極低，且對檢測結(jié)果要求很高的用戶庐完。

　　6.電化學(xué)方法

　　有用戶介紹了利用電位分析法測定了合金中低碳含量：將鐵樣在感應(yīng)爐中氧化后钢属，用碳酸鉀固體電解質(zhì)組成的電化學(xué)濃差電池分析測定氣態(tài)產(chǎn)物，從而測定碳的濃度门躯，此法尤其適于非常低濃度碳的測定淆党，可通過改變參比氣體組成和樣品的氧化速率控制分析的精密度和靈敏度。

　　該法實際應(yīng)用較少生音，大多停留在實驗研究階段宁否。

　　7.在線分析法

　　在精煉鋼時窒升，常要實時控制真空爐內(nèi)熔融鋼中的碳含量缀遍，有冶金行業(yè)的學(xué)者介紹過利用廢氣的信息估計碳濃度的實例：利用真空脫碳過程中真空容器中氧氣的消耗量、濃度和氧氣饱须、氬氣的流速估計了熔融鋼中碳的含量域醇。。

　　還有用戶研制出快速測定熔融鋼中痕量碳的方法和相關(guān)儀器裝置：把載氣鼓入熔融鋼中蓉媳，從載氣中已被氧化的碳來估計熔融鋼中碳的含量譬挚。

　　類似的在線分析方法適用于煉鋼生產(chǎn)過程中的質(zhì)量管理與性能控制。

來源：每天學(xué)點熱處理(GNR代表處)