铼作为镍基高温合金的重要金属原材料，能明显抑制镍基单晶高温合金中γ′相的粗化，从而显著增大合金的共格有序强化效果，提高蠕变性能、持久性能和抗氧化性能。高纯金属铼采用还原法提取，并通过精炼得到纯度较高的铼，以粉末冶金的方法加工成材，其中氧元素多以氧化物的形式存在，氮元素以氮化物的形式存在，氧元素在高温条件下会大幅降低材料性能，氮元素作为特殊气体元素，有时可作为强化元素，因而用高纯金属铼熔炼高温合金，可从源头上控制高温合金中氧、氮元素的含量。有色金属行业标准YS/T 1018— 2015《铼粒》中规定氧的质量分数小于0.03%，氮的质量分数小于0.001%，因此对高纯金属铼中氧、氮元素含量的检测和控制尤为重要。

    目前分析金属材料中氧、氮元素含量的方法有库仑法、惰气熔融-气相色谱法、惰气熔融-红外吸收法、蒸馏分离分光光度法、惰气熔融-热导法等，其中惰气熔融-红外吸收/热导法操作简便、分析快速、准确度高，已成为测定无机材料中氧、氮元素含量的主要分析方法之一，但关于测定高纯金属铼中氧、氮元素含量的报道较少。因此，研究人员采用惰气熔融-红外吸收/热导法测定高纯金属铼中氧、氮元素的含量，以镍篮-镍囊为助熔剂，通过单点校准法建立校准曲线，可满足高纯金属铼中氧、氮元素的分析需求。

1.试验方法

    使用机械装置慢速旋转切取高纯金属铼样品，并将其加工成碎屑，不加润滑液，用丙酮进行超声波清洗，晾干。

    称取 0.10~0.30g样品置于镍篮-镍囊中并封口，再装入试样孔中，按照仪器工作条件进行测定。

2.结果与讨论

2.1 助熔剂的选择

     高纯金属铼（熔点3180℃）属于难熔金属，为便于氧、氮的释放和检测，需要添加助熔剂使高纯金属铼形成低熔点合金。试验以高纯金属铼样品1#、2#为研究对象，考察了不添加助熔剂（无浴）以及不同助熔剂（镍囊、锡囊、镍篮-锡囊、镍篮-镍囊）对样品中氧、氮元素测定结果的影响，每个样品平行制备8份，计算测定值的相对标准偏差（RSD），结果见表1。

     由表1可知：在不添加助熔剂以及采用锡囊、镍囊、镍篮-锡囊作为助熔剂时，氧、氮释放峰的峰形扁平，释放强度低，测定值均偏低，且测定值的RSD均大于7.5%，精密度较差；采用镍篮-镍囊作为助熔剂时，氧、氮释放峰的峰形平滑完整，释放强度明显提高，且测定值的 RSD 均小于7.0%。因此，试验选择镍篮-镍囊作为助熔剂。

2.2 称样量的选择

     称样量是影响测定结果的重要因素之一，称样量过小不具备代表性，称样量过大会影响样品的熔融效果。试验以高纯金属铼样品1#、2#为研究对象，考察了不同称样量（0.01~0.03g，0.03~0.05g，0.05~0.10g，0.10~0.20g，0.20~0.30g，0.30~0.40g，0.40~0. 50g）对样品中氧、氮元素测定结果的影响，每个样品平行制备 8份，计算测定值的RSD，结果见表2。

    结果表明：当称样量小于0.10g 时，样品熔体平展，测定结果相对较低，精密度较低；当称样量为0.10~0.30g时，样品熔融效果较好，熔体平展有光泽，测定结果相对稳定，精密度较高；当称样量大于0.30g时，样品熔融后熔体有结块，并且发生溢出喷溅，熔融效果较差，精密度也较低。因此，试验选择的称样量为0.10~0.30g。

2.3 分析功率的选择

     试验以高纯金属铼样品1#、2#为研究对象，考察了不同分析功率（3000，3250，3500，3750，4000，4250，4500，4750，5000W）对样品中氧、氮元素测定结果的影响，结果见图1。

    由图1可知：随着分析功率的增加，测定结果先逐步增大后趋于稳定；分析功率在4250~5000W时测定结果趋于稳定，表明样品中的氧、氮得到了完全释放，但由于分析功率过高会导致样品迸溅并且会对加热炉寿命产生影响。因此，试验选择的分析功率为4500W。

2.4 校准曲线和检出限

     试验采用单点校准法，以钢标准物质中氧、氮含量水平尽量接近或略高于样品中氧、氮含量水平为原则，分别选用钢标准物质502-704、502-884，以氧、氮元素的质量分数为横坐标，其对应的积分强度为纵坐标绘制校准曲线。结果表明，氧元素的线性范围在0.0430%以内，线性回归方程为 y=1.067x，氮元素的线性范围在0.0043%以内，线性回归方程为y=1.032x；分别以钢标准物质502-855、502-712对氧、氮的校准曲线进行验证，氧的测定值为0.0120%，氮的测定值为0.0005%，均在认定值的不确定度范围内。

     氧、氮的空白值主要是由助熔剂、石墨坩埚、载气等引起的。按照试验方法对镍篮-镍囊连续测定11次，质量输入为1.0000g，计算氧、氮的空白值及标准偏差s，以3倍和10倍的标准偏差计算检出限（3s）和测定下限（10s）。结果表明，氧、氮的检出限为0.0005%，0.00005%，测定下限为0.0015%，0.00016%。

2.5 精密度试验

     按照试验方法对高纯金属铼样品 1#、2#分别平行制备8份并测定，计算测定值的RSD，结果见表3。

2.6 回收试验

    在高纯金属铼样品1#、2#中加入一定量的钢标准物质502-884、502-712并进行加标回收试验，计算回收率，结果见表4。

2.7 方法比对

    分别采用本方法与惰气熔融-气相色谱法对高纯金属铼样品1#、2#中氧、氮元素进行测定，每个样品平行制备8份，结果见表5。

    由表5可知，本方法和惰气熔融-气相色谱法的测定值基本一致。由于高纯金属铼样品1#中氮元素的质量分数大于0.001%，高于有色金属行业标准YS/T1018— 2015《铼粒》中的要求，说明该样品不符合行业标准规定。

3.试验结论

    研究人员以镍篮-镍囊为助熔剂，采用惰气熔融-红外吸收/热导法测定高纯金属铼中氧、氮元素的含量。该方法操作简便，具有良好的准确度和精密度，适用于分析高纯金属铼中氧、氮元素的含量。

作者：杨峥，王子豪，梁钪，郑松波，王桂军

单位：1.中国航发北京航空材料研究院；

2. 航空材料检测与评价北京市重点实验室；

3. 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室

来源：《理化检验-化学分册》2025年第1期