金属材料 氩含量的测定 惰气脉冲熔融-质谱法-团体标准（征求意见稿）编制说明.docx

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1、金属材料氨含量的测定惰气脉冲熔融-质谱法团体标准（征求意见稿）编制说明1任务来源和目的意义1.1 任务来源本标准是金属材料中氮含量测定的首次制定，经中国材料与试验团体标准委员会（以下简称：CSTM标准委员会）综合领域委员会审查，CSTM标准委员会批准CSTM标准金属材料氨含量的测定惰气脉冲熔融-质谱法立项，由钢研纳克检测技术股份有限公司作为标准牵头单位，承担金属材料氢含量的测定惰气脉冲熔融-质谱法标准制订任务，计划编号：CSTM-SQ-2023-00228o1.2 标准制定的目的和意义金属材料中存在的氮元素多数情况下是由于制备工艺中采用了负气搅拌或家气保护而产生的。这些具有特殊功能的新型材料中

2、负元素含量的多少，对材料性能有明显的影响，迫切需要制定统一、规范的标准来准确测定金属材料中氨元素含量。脉冲熔融-质谱法是测定固体样品中氧氮氢的通用技术，通过脉冲熔融炉的加热熔融释放出相关气体成分，并进入质谱检测器进行检测，实现了金属材料中负元素的准确测定。本文件提供了利用脉冲熔融-质谱法测定金属材料中氢元素的方法，可满足新型材料的研究、生产与应用的迫切需要。2标准制定的原则和依据本标准的制定遵循GB/T1.1-2009标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则和GB/T20001.4-2001标准编写规则第4部分：化学分析方法。本标准的制定依据条件试验结果和精密度共同试验结果。其中，方法的精

3、密度（重复性和再现性）是按GB/T6379.1-2004测量方法与结果的准确度（正确度与精密度）第1部分：总则与定义、GB/T6379.2-2004测量方法与结果的准确度（正确度与精密度）第2部分：确定标准测量方法的重复性和再现性的基本方法对精密度共同试验数据进行统计计算后确定的。3主要工作过程本标准制定的主要工作过程如下：2023年7月，钢研纳克检测技术股份有限公司组织召开了金属材料氮含量的测定惰气脉冲熔融-质谱法标准起草工作会议，成立了由钢研纳克检测技术股份有限公司、广州禾信仪器股份有限公司、中国科学院金属研究所、钢铁研究总院等单位组成的标准起草小组，制定了工作计划和目标，明确了工作内容和

4、任务分工以及进度安排等。2023年8月，钢研纳克检测技术股份有限公司完成了惰气脉冲熔融-质谱法测定金属材料中氮含量的方法研究及条件试验，在此基础上起草了标准草案。2023年9月2023年8月，由8家实验室对标准草案规定的方法进行精密度共同试验。2023年8月，对精密度共同试验数据进行统计计算，完成了标准征求意见稿的编写。4国内外相关标准概述经检索，未见测定金属材料中负含量的国际、国外标准。5标准制订技术路线及主要研究内容借鉴脉冲加热惰气熔融-飞行时间质谱法（常规法）在测定钢铁及合金氮含量的成功案例，本标准采用目前广泛应用的惰气脉冲熔融技术，结合质谱分析技术，研究开发了惰气脉冲熔融-质谱法测定金

5、属材料中氨元素含量的方法。本标准的制定，在试料量、试样预处理和助熔剂选择、分析功率、谱线选择，方法的精密度等方面了进行试验和研究。试验研究结果见附件1和附件2.6标准的主要内容本标准规定了用惰气脉冲熔融-质谱法测定金属材料中版元素含量的方法。标准共十章，即：范围、规范性引用文件、原理、试剂与材料、仪器与设备、取制样、测量、分析结果的表示、精密度、试验报告。7关于标准内容的说明7.1 测定范围本标准规定的测定范围（质量分数）为：O.0001%0.05%。7.2 规范性引用文件本标准引用了如下国家标准：GB/T6379.1测量方法与结果的准确性（正确度与精密度）第1部分：总则与定义。GB/T637

6、9.2测量方法与结果的准确性（正确度与精密度）第2部分：确定标准测量方法重复性与再现性的基本方法。GB/T8170数字修约规则与极限数值的表示和判定。YB/T4304-2012熔融提取-质谱分析方法通则。YB/T4307-2012钢铁及合金氧、氮和氢含量的测定脉冲加热惰气熔融-飞行时间质谱法（常规法）。7.3 原理将预先制备好的试样置于加样口内，投入经脱气处理后的石墨珀烟中，在家气气流中高温熔融。试料中的瀛以单质气态形式释放，达热力学动态平衡。经支流扩散式接口，导入质谱检测器，依据敏气质荷比，定量测定样品中敏含量。通过氨（纯气/混合气）标准气体标定仪器，建立校准曲线或溯源基准。7.4 试剂与材

7、料本标准的第4章给出了测定使用的试剂与材料。7.5 仪器与设备本标准的第5章给出了测定使用的仪器与设备。7.6 取制样本标准规定：试样按照GB/T4010的规定采取和制备，试样应全部通过0.125mm筛孔。7.7 分析步骤本标准的第7章给出了测定使用的仪器与设备。7.8 分析结果的表示本标准的第8章给出了分析结果的表示方法。7.9 精密度为确定方法的精密度，标准起草小组组织进行了对金属材料就含量的测定惰气脉冲熔融-质谱法（草案）的精密度共同试验。试验参加单位包括钢研纳克检测技术股份有限公司研究院、中国科学院金属研究所、广州禾信仪器股份有限公司、钢研纳克检测技术股份有限公司北京仪器分公司、钢研纳

8、克检测技术股份有限公司标准物质事业部、国家钢铁材料测试中心、钢铁研究总院、昆山禾信质谱技术有限公司等八个单位的实验室。每个实验室对6个水平的样品在GB/T6379.1-2004规定的重复性条件下按标准草案规定的方法进行3次独立测量。共同试验数据按GB/T6379.2-2004进行统计分析，统计结果表明叙质量分数与重复性限r及再现性限R均存在线性函数关系，函数关系式见表1。表1精密度氢的质量分数，%重复性限，r再现性限，R0.0001-0.05r=4*105m-7*108R=0.038m+4*1057.10试验报告本标准的第10章给出了对试验报告的要求。7.11 附录本标准的附录A（规范性附录）

9、给出了精密度试验原始数据，附录B（资料性附录）提供了脉冲加热惰气熔融飞行时间质谱分析仪的准备及参数设置要求，附录C（资料性附录）给出了起草单位名称。8预期的社会经济效果随着科技的发展，根据近年来分析技术进步，研究并制定金属材料中氢含量测定方法标准，可以更大限度地满足金属材料生产、贸易、商检及使用等诸方面的需要，进一步推动我国金属材料的应用，为企业创造效益，为社会创造财富。9与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的关系本标准的制定是对现行的标准体系的补充和完善，符合国家和行业有关的方针、政策、规定、法律和法规。本标准的制定和实施未涉及强制性国家标准。10标准作为强制性标准或推荐性标准的

10、建议建议本标准经审定后，发布为推荐性团体标准。11贯彻标准的要求和措施建议建议在标准颁布后由技术委员会组织宣贯。12本标准实施后建议废止旧标准的情况无。14其他应予说明的事项无。附件：1、条件试验报告2、精密度试验报告金属材料负含量的测定惰气脉冲熔融-质谱法行业标准起草小组2023年8月附件1条件试验报告1实验方法1.1仪器和试剂、材料1.1.1飞行时间质谱仪，工作参数：发射电流为200.00A;阀值电压为0.007V；脉冲炉工作参数：功率为4.7kW,载气流量为400m1min,载气压强为0.1MPa,动力气压强为0.3MPa,积分时间为140s。1.1.2敏标准物质，见表Io表1氮1标准物

11、质编号材料认定值1#Co基0.9gg2#Ti合金2g3#Ti-A110gg4#Ni基54gg5#Ti-A1H0gg6#Ti-A1520gg1.1.3银箔，约IOnImX1OnnnXO.17mm,质量约0.15g。用合适的溶剂（四氯化碳或乙醛或丙酮）清洗，必要时应用超声波清洗器清洗，用冷风吹干。1.1.4银篮，7mm12mmo1. 1.5锡囊。1 .1.6石墨套用埸。2 .2样品处理用作绘制标准曲线的标准物质，均是气体样品，无需进一步处理。1.3实验方法试料用助熔剂包裹后，整体投入石墨套用期中，控制氮载气的流量为400m1min,分析功率为4.0kW,提取30秒，氮被分解并以氧气的形式释放，经粉

12、尘过滤和干燥后，进入飞行时间质谱仪中，经200.00A的发射电流电离分解后进行检测。用标准气体物质建立工作曲线。2结果与讨论2.1 质谱谱线选择选用碎片离子峰A作为氢的质谱分析线。2.2 分析功率选择由于金属材料选择范围较广，涉及钻基合金、钛合金、钛铝合金、银基合金等，熔点不同，分别考察了不同基体的功率使用情况，结果如表2所示。综合考虑，本次实验选择3500W功率进行下述的分析测试。2不同分析功率对叙实聆结果的影响（3）序号编号功率（W）平均值（）熔体及峰形11#,CO基35000.00009熔体光滑，单峰240000.00009熔体光滑，单峰345000.00009熔体光滑，单峰，有拖尾42

13、#,Ti合金35000.02熔体光滑，单峰540000.02熔体光滑，单峰645000.0002熔体光滑，单峰73#,银基35000.0054熔体光滑，单峰840000.0048熔体光滑，单峰945000.0043熔体光滑，单峰IO4,Ti-A135000.011熔体光滑，单峰I140000.010熔体光滑，单峰，飞溅1245000.0093熔体光滑，单峰，飞溅2.3 试料量的选择按照实验方法，选择不同梯度的标准物质进行试料量选择试验，结果如表4所示。从表3可以看出，当氧含量在0.0001%左右时，称样量在0.5g左右的测定结果离认定值值都较好，绝对差值均小于0.25%；当氤含量在0.0050

14、%左右时，称样量为在0.1g的测定结果离认定值最近，绝对差值均小于0.25%；当氮含量在0.05%左右时，称样量为0.01g-0.Ig的测定结果离标准最近，绝对差值均小于0.45%o因此，本标准在规定的测定范围内，根据样品含量选择适合的称样量。表3称样范围选择试验（n=3）序号编号称样量（g）平均值（）认定值11#,Co基0.05无0.0000920.100.0000130.500.0000841.000.0000952#,Ti合金0.050.000070.0260.100.000170.500.000281.000.000293#,银基0.050.00520.54100.10000054110.500.0051121.000.0049134.Ti-A10.010.0520.052140.020.052150.050.052160.100.048170.500.036按照实验方法，以高纯He为载气，对不同含量的标准物质进行测定，以标准物质中元素的绝对量为y轴，相对应的离子峰个数为X轴，绘制氨的校准曲线，所得数据如表4所示。根据标准曲线制定结果，氨含量在0.00009%0.052%范围内，相关系数R2=0.9997,根据金属材料产品含量情况，本方法筑的测量范围选择为0.0001%0.0