采用全元素系统设计法

发布时间：2025-08-19 21:33:23 来源：洞察深度 作者：历史变迁

钨合金具有高密度、特种高机械强度、钨合低热膨胀系数、金成抗腐蚀性和良好的分分机械加工等综合性能，在航空航天、析标军事装备、准物质研制电子、特种化工等许多领域中得到了广泛应用。钨合作为钨合金材料理化分析的金成实物标准，特种钨合金成分分析标准物质在产品质量检验、分分测量方法评价、析标统一测试量值方面发挥着重要作用。准物质研制国内外现有钨合金标准物质只有一套4种，特种含4种元素，钨合不能满足特种钨合金材料成分分析的金成需要，各科研、生产单位采用合成标准溶液进行入厂材料、出厂产品的理化分析检验和产品质量过程控制。由于合成标准溶液稳定性差、浓度误差大、操作时间长，难以保证分析数据的准确和可靠，为了解决特种钨合金材料成分量值溯源难题，确保该类钨合金材料化学分析结果准确一致，笔者研制了一套特种钨合金成分分析标准物质。本套标准物质的研制依据GB/T15000、JJF1006-1994和YB/T082-2016的要求进行。

1 标准物质制备

1.1 成分设计

为了能覆盖W273、W261、W263、W253、W252、W243.1、W243、W242A、W242、W232、W231、W221、GW-179钨合金材料的化学成分组成，采用全元素系统设计法，设计的各元素含量呈均匀梯度分布，合金元素含量总和基本保持一致。该系列标准物质的化学成分设计范围见表1。

1.2 原材料

为保证标准物质均匀性及成分含量准确度受控，原始材料全部采用高纯金属粉及粉状基准试剂，质量分数均大于99.9%（部分达99.995%），材料粒径均小于0.076mm（部分材料粒径小于0.054mm），原料不能满足要求时采用特制工艺研磨加工至所需粒度，以保证充分混匀。

1.3 混料、压制及烧结

所有原材料采用V型混合器加合金球球磨，以保证粒径小于0.076mm，控制装填系数和混合时间，使合金混合粉充分混合均匀。

采用500t高压机械压制方式，制成Φ25～32mm圆棒状样品。

采用氧化铝填料埋烧方式，使物料在烧结过程中受热更为均匀，从而避免材料出现过烧或欠烧的现象。烧结过程中采用惰性气体保护氛围，以免氧化和烧损，最佳烧结温度控制在1570～1650℃。

1.4 成品标准物质加工

对烧结毛坯进行偏析检验，应没有明显偏析的材料，去掉毛坯烧结面残留，防止烧结时渗透污染，再精加工成合适粒度的样品，综合考虑样品熔融及粒度试验情况，选取粒径为0.16～0.9mm的样品为本批标准物质的材料。将选取的材料再次混匀，然后分装于玻璃瓶中，作为成分分析标准物质样品。编号分别为W-1～W-5。

2 均匀性检验

2.1 偏析检验

对烧结后的毛坯逐个进行外观检验，没有起泡、疏松现象且金属性能良好的属于合格毛坯，未满足要求的应废弃。
每个项目随机抽取烧结好的毛坯试样5个，分别在每个试样对应端面的边部、心部取样作为偏析检验的样品（取样时应丢弃表面层3mm部分）。由同一个人在同一实验室，控制相同的实验条件，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法进行检验，统计各个部位的检验结果，计算数据间的极差，若极差小于日常分析方法允许差，则认为该样品没有明显偏析。W-1样品偏析检验结果列于表2，分析结果表明，不同部位各成分含量无明显差异，满足标准物质的研制要求。

2.2 粒度试验

取少部分精加工成合适粒度的样品，筛分为0.45～0.9mm、0.28～0.45mm、0.18～0.28mm、0.16～0.18mm、＜0.16mm5个粒径区间的样品，在相同条件下对各粒度区间的样品进行成分分析，以W-1样品为例，试验结果及加权平均值分别见表3、表4。

粒度试验结果表明，虽然不同粒度间Ni、Fe、Co、Mn、Mo等含量略有差异，但由于本标准样品总体粒度较小，即使在最小称量条件下，其粒度分布也与总体分布一致，且加权平均值与混合样品测得值无显著差异，因此不会影响成分分布的均匀性。考虑到粒径小于0.16mm样品的测定结果差异稍大，且较细粒度样品容易带来加工污染，故决定舍掉粒径小于0.16mm的样品，最终只取粒径在0.16～0.9mm区间的样品作为本批标准物质的成品。

2.3 标准物质成分均匀性检验

按照JJF1006的抽样数要求，在所加工的每种标准物质的100瓶样品中，随机抽取20瓶试样进行均匀性检验，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法对Fe、Co、Ni、Mn、Mo、Si、Mg、Al、Ca、P含量进行测定，最小称样量为0.1000g。每瓶试样在不同部位按照一定顺序测定3次，每种元素得到3×20个数据，将测定结果用单因素方差分析法统计检验，若统计值F小于临界值F_{0.05（19，40）}，说明样品成分是均匀的。查表可知，F_{0.05（19，40）}=1.84，均匀性检验结果见表5。由表5可知，该套标准物质均匀性良好。

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