一种火药发射烧蚀产物中碳化物的分离分析方法

摘要

本发明公开了一种火药发射烧蚀产物中碳化物分离分析方法，包括：将待测样品与磷酸、硝酸混合，在120～150℃下冷凝回流反应20～60min，冷却后减压抽滤得到碳化物残渣，残渣清洗、干燥后得固体产物；将固体产物研磨成粉末，采用激光诱导击穿光谱法对粉末中的金属元素的含量进行测量。本发明方法实现了对发射烧蚀产物中碳化物的分离和分析，能够对烧蚀产物中碳化物的金属含量进行准确的定量分析，克服了现有显微分析技术存在的大范围多次采样和对测试人员经验要求较高的问题，为后续分析测试提供了便利；而且本发明所用方法操作简便、灵敏度高、人为影响因素小，可快速、方便的检测出烧蚀产物中碳化物的金属元素含量。

说明书

技术领域

本发明属于材料分析技术领域，具体涉及一种火药发射烧蚀产物中碳化物的分离分析方法。

背景技术

身管武器用于与火药气体配合，赋予弹丸一定初速和保证弹丸飞行稳定的旋转速度。身管是火炮的主要零件之一，其寿命包括疲劳寿命和烧蚀磨损寿命。在采用高强度炮钢和自紧技术后，疲劳寿命已得到了很好的解决，这就使身管烧蚀磨损寿命对身管寿命的决定作用变得更为突出，并成为制约火炮威力进一步提高的关键之一。

在发射过程中，发射药燃气中的含碳气体，如甲烷、一氧化碳等会与身管材料表面发生作用，大量的碳被金属溶解或穿透基底金属表面进一步扩散。渗碳体和奥氏体促进了身管内膛表面的熔化和龟裂，进而使表面材料剥离。由于碳化物的熔点远低于基底金属，射击时会出现局部熔化，熔化层更容易被高速发射药燃气吹走。

目前，身管烧蚀产物中碳化物的分析主要用金相方法进行定性或半定量检测。这种方法虽然操作简单，可以直接观测到变化的组织，但是由于碳化物在烧蚀层中的含量较少，分布不均匀，需要选择多个视场检测，且对测试人员的经验要求较高，局限性比较明显。尚未见身管烧蚀产物中碳化物的定量分析的具体方法，这严重制约了发射烧蚀性研究的深入开展。

发明内容

针对以上技术需求，本发明提出了一种火药发射烧蚀产物中碳化物分离分析方法，解决现有身管烧蚀产物中碳化物半定量分析方法不能较为准确的定量分析的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种火药发射烧蚀产物中碳化物分离分析方法，包括以下步骤：

步骤1，将待测样品与磷酸、硝酸混合，在120～150℃下冷凝回流反应20～60min，冷却后减压抽滤得到碳化物残渣，残渣清洗、干燥后得固体产物；

所述待测样品的质量与磷酸、硝酸总摩尔量比为1g:1～25mol；

步骤2，将固体产物研磨成粉末，采用激光诱导击穿光谱法对粉末中的金属元素的含量进行测量。

优选的，所述残渣清洗方法为：首先用磷酸清洗后，再依次用水和无水甲醇或水和无水乙醇清洗。

优选的，所述步骤2具体包括：将固体产物研磨成粉末，与光谱纯溴化钾混合后压片，将压片粘贴在衬底上，得到压片样品；采用激光诱导击穿光谱法对粉末中的金属元素含量进行测量。

优选的，所述步骤2中，固体产物研磨后的粉末粒径小于等于2μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明方法实现了对发射烧蚀产物中碳化物的分离和分析，能够对烧蚀产物中碳化物的金属含量进行准确的定量分析，克服了现有显微分析技术存在的大范围多次采样和对测试人员经验要求较高的问题，为后续分析测试提供了便利；而且本发明所用方法操作简便、灵敏度高、人为影响因素小，可快速、方便的检测出烧蚀产物中碳化物的金属元素含量。

附图说明

图1是实施例1中固体产物的面扫描图。

图2是实施例4中基于Cr、S强度比值建立的Cr元素标准曲线；

图3是实施例4中基于Mn、S强度比值建立的Mn元素标准曲线。

具体实施方式

本发明公开了一种火药发射烧蚀产物中碳化物分离分析方法，该方法首先对发射烧蚀样品中的碳化物进行分离，然后利用激光诱导击穿光谱法来测量碳化物中金属的含量。具体包括以下步骤：

步骤1，将待测样品与磷酸、硝酸混合，其中，待测样品的质量与磷酸、硝酸总摩尔比为1g:1～25mol；在120～150℃下冷凝回流反应20～60min，冷却后减压抽滤得到碳化物残渣，残渣清洗、干燥后得固体产物。

本发明的硝酸的浓度优选磷酸15.0mol/L，硝酸浓度优选15.0mol/L。

本发明的残渣清洗方法优选为：首先用磷酸清洗至少三次，再依次用水和无水甲醇或者水和无水乙醇清洗。本发明的干燥环境为真空干燥。

步骤2，将固体产物研磨成粉末，采用激光诱导击穿光谱法对粉末中的金属元素的含量进行测量。

本发明采用激光诱导击穿光谱仪进行测量，在测量前首先要制备粉末压片，具体为：将固体产物研磨成粉末，与光谱纯溴化钾混合后压片，将压片粘贴在衬底上，得到压片样品；然后采用激光诱导击穿光谱仪对粉末中的金属元素含量进行测量。

本发明优选的，固体产物研磨后的粉末粒径小于等于2μm；衬底为金属衬底或聚四氟乙烯衬底，其中金属衬底应选择与待测样品中金属不同的金属。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例中，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明下述实施例中使用的硝酸、磷酸、光谱纯溴化钾、均为市购。

实施例1

称取0.1g待测样品，置于圆底烧瓶中，分别加入150mL浓度为15mol/L的磷酸和15mL浓度为15mol/L的硝酸，连接好冷凝装置，于150℃下加热20min。反应完全后冷却至室温，减压抽滤得到碳化物残渣，用磷酸反复洗涤残渣3次，再依次用水和无水甲醇洗涤，真空干燥后得到固体产物1。如图1所示为固体产物1的面扫描图，可以看出所得固体产物1为碳化物，金属元素主要包含铬、锰、铁。

实施例2

称取0.3g待测样品，置于圆底烧瓶中，分别加入150mL浓度为15mol/L的磷酸和15mL浓度为15mol/L的硝酸，连接好冷凝装置，于130℃下加热40min。反应完全后冷却至室温，减压抽滤得到碳化物残渣，用磷酸反复洗涤残渣3次，再依次用水和无水甲醇洗涤，真空干燥后得到固体产物2。固体产物2也为碳化物，金属元素主要包含铬、锰、铁。

实施例3

称取0.5g待测样品，置于圆底烧瓶中，分别加入30mL浓度为15mol/L的磷酸和3mL浓度为15mol/L的硝酸，连接好冷凝装置，于120℃下加热60min。反应完全后冷却至室温，减压抽滤得到碳化物残渣，用磷酸反复洗涤残渣3次，再依次用水和无水甲醇洗涤，真空干燥后得到固体产物3。同上述实施例，固体产物3也为碳化物，金属元素主要包含铬、锰、铁。

分别将实施例1、2、3所得固体产物研磨成≤2μm粉末，与光谱纯溴化钾混合均匀后压片，将该片粘贴到上、下表面平行的铝衬底上，得到待测试样1#、2#、3#。

实施例4

分别对五个不同合金钢标准样品进行检测，选取波长值为233.61nm的一次电离态硫元素特征谱线作为内标，用Cr的425.44nm特征谱线、Mn的404.36nm特征谱线作为分析线，将Cr、Mn的谱线强度分别除以内标S谱线强度的比值作为纵坐标，标样中的Cr、Mn含量作为横坐标，建立标准曲线如图2和图3所示。标准曲线拟合后得到：

线性回归方程1：y＝0.22x+0.96，线性相关系数为R

线性回归方程2：y＝0.62x+0.63，线性相关系数为R

基于以上内标法建立的标准曲线，分别对实施例1～3中的三个待测样品1#、2#、3#进行检测，结果如下表1所示，表1中平均值是指待测试样中Cr元素或Mn元素的百分含量。

表1实施例1-3的三个待测溶液的测试结果

可以看出，从上述实施例测试结果的相对标准偏差可以看出，本发明方法精密度较好，能够对对烧蚀产物中碳化物的金属含量进行定量分析。

此处需要说明的是，本实施例仅对碳化物中Cr元素和Mn元素的含量进行了测试，以此来验证本发明测量方法的精确度，碳化物中其他元素含量测定时需要配置各自对应的标准液，测量过程同Cr元素和Mn元素。