航空工业材料中氢含量的自动测定方法

金属中氢的含量很低，钢铁及合金中含氢量一般小于0.0010%（质量分数），如果超过0.0003%（质量分数）会出现“白点”或“氢脆”现象，易发生脆性断裂，裂纹在氢化物上成核并扩展，严重影响钢材的质量。热轧钢轨要求氢含量在0.00025%（质量分数）以下，而时速为300km/h的铁路用钢轨的氢含量应控制在0.00015%（质量分数）以下。航空工业所用的钛和钛合金、镍合金等材料对氢含量有更严格的要求。因此，氢在金属材料元素分析中占据重要地位。

钢中的氢主要来自冶炼过程炉料中的水分和潮湿的空气，通过与金属熔池和金属浇注接触，在金属被氧化的同时分解出氢，析出的氢溶解在金属相中。金属中的氢主要以间隙固溶体和化合物的形式存在，也有一些以分子状态存在于金属的缺陷中。

固体金属中的氢分为扩散氢和残余氢。扩散氢是指在常温下容易扩散损失掉的氢，而残余氢是必须通过加热才能释放出来的氢。氢一般与铁形成间隙固溶体，在钢中的溶解度随着温度和压力的下降而降低。

脉冲加热惰性气体熔融热导法测定氢是目前钢中氢分析广泛应用的方法。

（1）方法提要 将制备好的试样置于加样口内，投入经脱气的石墨坩埚中，在流动惰性气中高温熔融，析出的氢气与其他气体分离，通过热导池检测，根据热导率变化，计算出氢含量。

（2）试剂与仪器

1）高纯载气（质量分数为99.99%）：可以是氩气或氮气。

2）动力气：氮气、氩气或压缩空气，油或水含量小于0.5%，禁用可燃性气体。

3）丙酮、乙醚或四氯化碳。

4）无水高氯酸镁：颗粒试剂。

5）分子筛：性能满足测试要求。

6）Schutze试剂。

7）石墨坩埚：适用于仪器电极炉加热的高纯石墨坩埚，一次性使用。(www.xing528.com)

8）氢分析仪：具有电极炉、热导池测量系统、分析气流杂质去除装置以及辅助净化系统。

（3）分析步骤

1）取样和制样：在取样、样品保存和制样过程中必须避免氢的损失和受环境沾污。氢损失和样品温度、环境氢分压、样品保存时间有较大关系。

炉前取样时必须使用特制的取样装置，并使用必要的急冷措施。若取得的试样不立即分析，则需保存在干冰和液氮中，以避免氢的逸散。

在钢锭和型材上取样时，试样加工温度应低于50℃。

试样可用车床加工，边车边用乙醇冷却，也可缓慢打磨试样表面，除去沾污层。截取合适尺寸的条状试样，质量为0.5～2.5g。加工好的试样用丙酮、乙醚或四氯化碳清洗，自然风干或用冷风吹干，保存在干燥器中备用。

2）试样量：称取经预处理的试样0.5～2.5g，精确至0.001g。

3）空白试验：在分析前进行空白试验，即先将原空白值置零，再将石墨坩埚放在加热炉的下电极上，按照仪器说明书测定空白值，空白值应稳定和足够小，空白试验重复足够次数，记录最后三次稳定（并足够小）的空白值读数，取其平均值，按仪器操作说明输入空白值。在测定时仪器可自动扣除空白值。如果空白值异常高，则需找出污染源并加以消除。

当分析条件变化时，应重新测定空白值。

4）仪器校准：根据试样品种和氢含量范围，选择三个与试样同类的标准物质，按仪器操作说明依次进行校准。通常所用标准物质的氢含量略大于被分析试样的氢含量，经校准后测量另两个标准物质的氢含量。测量值与其标准值之差应在方法允许差和标准物质不确定度范围内，否则应对仪器进行再校准。

5）测定：将石墨坩埚置于熔融炉的下电极上，合上电极，按仪器说明书进行脱气操作。在投料器中将试样加于石墨坩埚中，按仪器说明书进行测量。分析结束后读取氧的分析结果。样品分析完成后取出石墨坩埚，用特制清洗刷清洗上、下电极，并更换石墨坩埚，准备下一次分析。

在试样分析过程中和分析结束后应再对校准用的标准物质进行分析，如果标准物质的测量结果都在控制的允许范围内，则试样分析结果有效。