CNS 14896-7-2005 Titanium and titanium alloys - Methods for determination of silicon content《钛及钛合金－硅定量法》.pdf

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1、 1 印行年月 94 年 10 月 本標準非經本局同意不得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 類號 ICS 77.120.50 H2123-7 14896-7 經濟部標準檢驗局印行 公布日期 修訂公布日期 94 年 2 月 5 日 年月日 鈦及鈦合金矽定量法 (共 7 頁) Titanium and titanium alloys Methods for determination of silicon content 1. 適用範圍：本標準規定鈦及鈦合金中矽之定量方法。 2. 一般事項：分析方法共同之一般事項，依 CNS 14896鈦及鈦合金分析法通則之規定。 3. 定量方法之區分：矽之定

2、量方法，依下列方法中之一種。 (1) 二氧化矽重量法：本方法適用於矽含量 0.03 %(m/m)以上 1.0 %(m/m)以下之試樣。 (2) 鉬矽酸藍吸收光度分析法：本方法適用於矽含量 0.005 %(m/m)以上 0.15 %(m/m)以下之試樣。 (3) 四氟化矽氣化分離鉬矽酸藍吸收光度分析法：本方法適用於矽含量 0.001 %(m/m)以上 0.040 %(m/m)以下之試樣。 4. 二氧化矽重量法 4.1 方法概要：以硫酸與氫氯酸分解試樣，加熱使發生硫酸白煙，使矽成為不溶性二氧化矽，過濾後，經灼熱使成為恒量，秤其質量。加氫氟酸，加熱使二氧化矽以四氟化矽之形態揮發，再灼熱使成為恒量後，

3、秤其質量。 4.2 試藥 (1) 氫氯酸（ 1+1） (2) 氫氟酸 (3) 硫酸（ 1+1， 1+4） (4) 硫酸洗滌液：加過氧化氫（ 1+9） 50 mL 於硫酸（ 1+30） 950 mL。 (5) 過氧化氫（ 1+2， 1+9） (6) 白明膠溶液：加水 100 mL 於白明膠（ gelatin） 1 g，加熱溶解之。發現不溶解物時，須過濾。 4.3 試樣秤取量：精秤試樣 3.0g 至 1 mg。 4.4 操作 4.4.1 試樣之分解及二氧化矽之脫水處理：秤取試樣移入燒杯（ 300 mL）中，覆蓋錶玻璃，加硫酸（ 1+4） 150 mL 及氫氯酸（ 1+1） 4 mL，和緩地加熱分解

4、之 (1)。冷卻至室溫後，加過氧化氫（ 1+2）約 15 mL，將鈦等氧化。以少量水將錶玻璃下面及燒杯內壁洗滌後，取下錶玻璃。再加熱蒸發，使發生硫酸白煙約 5 分鐘後，放冷至室溫。 註 (1) 若予以強熱，則鈦酸會析出，故邊注意不得使溶液沸騰邊和緩地加熱分解。 2 CNS 14896-7, H 2123-7 4.4.2 過濾及洗滌：加溫水約 150 mL，過氧化氫（ 1+9）約 5 mL 及白明膠溶液第 4.2(6)節約 10 mL 於第 4.4.1 節所得之溶液，和緩地加熱溶解可溶性鹽類。立即使用濾紙 （種 F 級） 過濾，初以加溫之硫酸洗滌液 第 4.2(4)節洗滌至看不出有過鈦酸之黃色，

5、然後以溫水充分洗滌之。 4.4.3 沈澱物之處理及秤量 (1) 將第 4.4.2 節所得之沈澱物，連濾紙一起移入鉑坩堝（ 30 號）中，加熱將濾紙乾燥後，以低溫灰化。 (2) 以 1100以上之高溫灼熱，置於乾燥器內放冷至常溫後，秤其質量。反覆實施此操作至成為恒量。 (3) 以硫酸（ 1+1）潤濕鉑坩堝中之沈澱物，加氫氟酸 5 mL，和緩地加熱使二氧化矽及硫酸揮發。 (4) 以 1100以上之高溫灼熱，置於乾燥器內放冷至常溫後，秤其質量。反覆實施此操作至成為恒量。 (5) 自 (2)所得之質量減去 (4)所得之質量。 4.5 空白試驗：不使用試樣，與試樣並行實施相同操作。 4.6 計算：依下列

6、算出試樣中之矽含量。 100m0.4674)m(mSi21= 式中， Si：試樣中的矽含量 %(m/m) m1：第 4.4.3(5)節所得之質量 (g) m2：第 4.5 節所得之質量 (g) m：試樣稱取量 (g) 5. 鉬矽酸藍吸收光度分析法 5.1 方法概要：以氫氟酸分解試樣，加過錳酸鉀並加熱，使鈦水解，過濾之。加七鉬酸六銨於濾液，使矽成為鉬矽酸後，加 L(+)酒石酸及還原試藥，使生成鉬矽酸藍，使用光度計測定其吸光度。 5.2 試藥 (2) (1) 氫氯酸（ 1+1） (2) 氫氟酸（ 1+1） (3) 硼酸 (4) 氨水（ 1+1） (5) 鈦：為 99.9%(m/m)以上，矽含量 0

7、.003%(m/m)以下且已知者。 (6) 過錳酸鉀溶液（ 30g/L） (7) 七鉬酸六銨溶液：溶解四水合七鉬酸六銨 10g 於水 100 mL。 (8) L(+)酒石酸溶液（ 200g/L） (9) 還原試藥溶液：溶解亞硫酸鈉 1g 於水 20 mL，加 1-胺基 -2-萘酚 -4-磺酸（ 1-amino-2naphthol-4-sulfonic acid） 0.05g 溶解之。將亞硫酸氫鈉 30g 溶解於水 180 mL 之溶液，加於此溶液，混合之。 3 CNS 14896-7, H 2123-7(10) 矽標準溶液 A（ 100 g Si/ mL）：預先以 1000 之高溫將適當量之二

8、氧化矽灼熱，置於乾燥器內放冷至常溫。秤取其 0.2410 g，移入鉑坩堝（ 30 號）中，加碳酸鈉 1 g 混合，加熱熔融之。放冷後，浸漬於內置溫水約 100 mL之聚乙烯燒杯 (200 mL)中，並置於水浴上加溫溶解熔融生成物後，將鉑坩堝水洗並取出。冷卻至常溫後，使用水將溶液洗移至 1000 mL 之量瓶中，加水至標線。 (11) 矽標準溶液 B（ 10 g Si/ mL） ：每次使用時，以水將矽標準溶液 A第 5.2(10)節之必要量正確稀釋成 10 倍，作為矽標準溶液 B。 註 (2) 試藥應使用矽含量低者，水應使用蒸餾水。 再者，所調製之試藥溶液，應儲存於聚乙烯容器中。 5.3 試樣秤

9、取量：精秤試樣 0.50 g 至 0.1 mg。 5.4 操作 5.4.1 試樣溶液之調製：秤取試樣移入聚乙烯燒杯 (200 mL)中 (3)，加水約 40 mL與氫氯酸（ 1+1） 3 mL 後 (4)，覆蓋聚乙烯錶玻璃，置於水浴上加熱分解之。 註 (3) 含有釩 0.5 %(m/m)以上或鉻 2 %(m/m)以上之試樣時，秤取試樣兩個。 (4) 使此時之液面距離試樣面 10 mm 以上。 5.4.2 鈦之分離：加水約 100 mL 及硼酸 5g 於第 5.4.1 節所得之溶液，搖動混合，滴加過錳酸鉀溶液至溶液呈微紅色後再加 1、 2 滴，置於沸騰水浴中，在偶而攪拌混合之情形下加熱約 90

10、分鐘，以使鈦完全水解。冷卻 至室溫後，以少量水洗滌錶玻璃下面，取下錶玻璃。使用內置濾紙漿之濾紙（種 F級）與聚乙烯漏斗，將溶液過濾於另一隻聚乙烯燒杯 (500 mL)，以水充分洗滌濾紙與沈澱物。 5.4.3 顯色：確認第 5.4.2 節所得溶液之 pH 在 0.8 1.5 之範圍後 (5)，加七鉬酸六銨溶液第 5.2(7)節 5 mL，充分搖動混合 (6)，於 20 30 放置約 15分鐘。加 L(+)酒石酸溶液 5 mL，搖動混合，然後加還原試藥溶液第5.2(9)節 3 mL 並充分搖動混合，使用水將溶液洗移至 250 mL 之量瓶，加水至標線，於 20 30 放置約 15 分鐘。 註 (5

11、) 此時之 pH 為 0.8 以下時，使用氨水（ 1+1）調節為 0.8 1.5。 若 pH 為 1.5 以上時，使用氫氯酸（ 1+1）調節為 0.8 1.5。 (6) 適用註 (3)時，兩個試樣溶液中之一個就不添加七鉬酸六銨溶液第5.2(7)節 。 5.4.4 吸光度之測定：將第 5.4.3 節所得溶液之一部分取於光度計之吸收槽（光徑 10mm），以水為參比液，矽含量未滿 0.05%(m/m)時，測定波長 810nm附近之吸光度，而矽含量 0.05%(m/m)以上時，測定波長 650nm 附近之吸光度 (7)。 註 (7) 適用註 (3)時，測定兩個試樣溶液之吸光度，自添加七鉬酸六銨溶液第

12、5.2(7)節之試樣溶液吸光度，減去不添加七鉬酸六銨溶液第5.2(7)節之試樣溶液吸光度，作為試樣溶液吸光度。 4 CNS 14896-7, H 2123-7 5.5 空白試驗：將第 5.6 節之檢量線製作操作中所得之不添加矽標準溶液之溶液吸光度，作為空白試驗吸光度。 5.6 檢量線之製作：依下列步驟中之一種。 (1) 試樣中之矽含量為未滿 0.05%(m/m)時：準備數個聚乙烯燒杯 (200 mL)，分別秤取鈦第 5.2(5)節 0.50g 移入其中，階段式加矽標準溶液 B第 5.2(11)節 0 25.0 mL（含矽 0 250 g ） ，加水使液量為約 40 mL 後，加氫氟酸 （ 1+

13、1）3 mL(4)。然後覆蓋聚乙烯錶玻璃，置於水浴上加熱分解之。以下，依第 5.4.2 5.4.4 節之步驟，與試樣並行操作，製作所得吸光度與矽量之關係線，將其平行移動使通過原點後，作為檢量線。 (2) 試樣中之矽含量為 0.05%(m/m)以上時：準備數個聚乙烯燒杯 (200 mL)，分別秤取鈦第 5.2(5)節 0.50g 移入其中，階段式加矽標準溶液 A第 5.2(10)節 0 8.0 mL（含矽 0 800 g ）之各種液量，加水使液量為約 40 mL 後，加氫氟酸（ 1+1） 3 mL(4)。然後覆蓋聚乙烯錶玻璃， 置於水浴上加熱分解之。以下，依第 5.4.2 5.4.4 節之步驟，

14、與試樣並行操作，製作所得吸光度與矽量之關係線，將其平行移動使通過原點後，作為檢量線。 5.7 計算：自第 5.4.4 及 5.5 節所得之吸光度與第 5.6 節所得之檢量線求矽量，依下式算出試樣中之矽含量。 100m)A(AASi321= 式中， Si：試樣中的矽含量 %(m/m) A1：試樣溶液中之矽檢測量 (g) A2：空白試驗溶液中之矽檢測量 (g) A3：鈦第 5.2(5)節 0.50g 中所含之矽量 (g) m：試樣稱取量 (g) 6. 四氟化矽氣化分離鉬矽酸藍吸收光度分析法 6.1 方法概要：以氫氟酸與硝酸分解試樣，添加硫酸後，通入氮氣以四氟化矽之形態將矽氣化分離，而以硼酸吸收之。

15、加七鉬酸六銨，使矽成為鉬矽酸後，加草酸及 L(+)抗壞血酸使生成鉬矽酸藍，使用光度計測定其吸光度。 6.2 試藥 (2) (1) 氫氯酸（ 1+1） (2) 硝酸（ 1+1） (3) 氫氟酸（ 1+1） (4) 硫酸：準備數個鉑皿（ 100 號），分別取硫酸約 80 mL 移入其中，加少量硝酸及數滴氫氟酸，加熱使發生白煙。放冷至室溫後，移入同一個聚乙烯容器中，充分混合後使用。 (5) 硼酸溶液：將硼酸 40 g 移入聚乙烯試藥瓶（ 1000 mL）中，加水約 900 mL，置於水浴中加熱溶解，冷卻至室溫後，加水使液量為 1000 mL。 (6) 吸收溶液：溶解硼酸 0.5 g 於水 1000

16、mL。 5 CNS 14896-7, H 2123-7(7) 鈦：為 99.9 %(m/m)以上，矽含量 0.001 %(m/m)以下且已知者。 (8) 硝酸鈉溶液（ 50 g/L） (9) 七鉬酸六銨溶液：溶解四水合七鉬酸六銨 10 g 於水 100 mL。每次使用時過濾之。 (10) 草酸溶液：溶解二水合草酸 10 g 於水 100 mL。 (11) L(+)抗壞血酸溶液（ 30 g/L）：每次使用時，調製之。 (12) 矽標準溶液 （ 20 g Si/mL） ：依 第 5.2(10)節之規定調製，作為標準原液 （ 100 g Si/ mL）。每次使用時，使用水將此原液之必要量正確稀釋成

17、5 倍，作為矽標準溶液。 6.3 裝置：四氟化矽氣化裝置，如圖 1 所示連接使用 (8)。 (1) 氣化容器：容量 50 80 mL 之聚四氟乙烯（以下，簡稱 PTFE）容器或聚乙烯容器。 (2) 吸收容器：容量約 30 mL 之 PTFE 容器或聚乙烯容器。 (3) 氮送入硫酸注入管：內徑約 4 mm 之 PTFE 管或聚乙烯管。 註 (8) 使用新裝置或長期間不使用裝置後重新使用時，反覆實施空白試驗，使空白試驗值穩定。 圖 1 四氟化矽氣化裝置範例 A：氮送入硫酸注入管 B：氣化容器 C：導管 D：吸收容器 E：橡膠塞 F：排氣管 G：煙霧防止板 H：硫酸注入漏斗 I：氮送入用橡膠管 6

18、CNS 14896-7, H 2123-7 6.4 試樣秤取量：依表 1 之規定，精秤試樣至 0.1 mg。 表 1 試樣秤取量 矽含量 %(m/m) 試樣秤取量 g 0.001 以上未滿 0.020 1.0 0.020 以上未滿 0.040 以下 0.50 6.5 操作 6.5.1 試樣溶液之調製：秤取試樣移入聚乙烯燒杯（ 100 mL）中，覆蓋聚乙烯錶玻璃，加水 10 mL 及硝酸鈉溶液 1 mL。邊注意不得發生激烈反應，邊逐次少量加氫氟酸（ 1+1）共 6 mL(9)(10)，待反應緩和後，加硝酸（ 1+1） 3 mL，置於約 80 之水浴上加熱分解之。以少量水洗滌錶玻璃，取下錶玻璃，加

19、硼酸溶液第 6.2(5)節 60 mL，冷卻至常溫後，使用水將溶液洗移至100 mL 之聚乙烯量瓶 (11)，加水至標線。 註 (9) 反應激烈時，邊以水冷卻邊加氫氟酸（ 1+1）。 (10) 分解不充分時，追加氫氟酸（ 1+1） 2 mL。 (11) 聚乙烯量瓶之體積，預先依 CNS 9179化學分析法通則第 9.3 節（全量吸量管、量瓶及滴定管之校正方法）之規定檢定之。 6.5.2 四氟化矽之氣化分離與吸收：使用聚乙烯全量吸量管 (12)將第 6.5.1 節所得之溶液分取 10 mL 放入四氟化矽氣化裝置之氣化容器 (B)中，加吸收溶液第 6.2(6)節 10 mL 於吸收容器 (D)中，

20、以具有橡膠塞之導管連接之。邊以水冷卻氣化容器 (B)，邊使用聚乙烯製硫酸注入漏斗（ H）自氮送入硫酸注入管 (A)加硫酸第 6.2(4)節 20 mL，自氮送入橡膠管 (I)，起初以不使內容物暴沸之流量通入氮氣，俟溶液與硫酸混合後緩慢提高氮氣流量，以每分鐘 800 1000 mL 之流量通氣 20 25 分鐘。自橡膠塞拆下吸收容器(D)，以水約 1 mL 洗滌導管 (C)，將洗液併入吸收溶液。 註 (12) 聚乙烯全量吸量管之體積，預先依 CNS 9179 第 9.3 節之規定檢定之。 6.5.3 顯色：加氫氯酸（ 1+1） 0.5 mL 與七鉬酸六銨溶液第 6.2(9)節 1.5 mL於第

21、6.5.2 節所得之溶液，充分搖動混合，放置約 5 分鐘。加草酸溶液第6.2(10)節 2 mL，在 30 秒鐘以內加 L(+)坑壞血酸溶液第 6.2(11)節2 mL 搖動混合後，使用水將溶液洗移至 25 mL 之量瓶，加水至標線，以室溫放置 10 15 分鐘。 6.5.4 吸光度之測定：將第 6.5.3 節所得溶液之一部分取於光度計之吸收槽（光徑 10 mm），以水為參比液，測定於波長 810nm 附近之吸光度。 6.6 空白試驗：將第 6.7 節之檢量線製作操作中所得之不添加矽標準溶液之溶液吸光度，作為空白試驗吸光度。 6.7 檢量線之製作：準備數個聚乙烯燒杯（ 100 mL） ，分別秤

22、取與試樣秤取量相同量 7 CNS 14896-7, H 2123-7之鈦第 6.2(7)節移入其中，階段式加矽標準溶液第 6.2(12)節 0 10.0 mL（含矽 0 200 g ） 之各種液量，加水使液量為約 10 mL 後，加硝酸鈉溶液 1 mL。覆蓋聚乙烯錶玻璃，邊注意不得發生激烈反應，邊逐次少量加氫氟酸（ 1+1）共6 mL(9)(10)，待反應緩和後，加硝酸（ 1+1） 3 mL，置於約 80 之水浴上加熱分解之。以少量水洗滌錶玻璃下面，取下錶玻璃，加硼酸溶液第 6.2(5)節60 mL，冷卻至常溫後，使用水將溶液洗移至 100 mL 之聚乙烯量瓶 (11)，加水至標線。以下，依第

23、 6.5.2 節第 6.5.4 節之步驟，與試樣並行操作，製作所得吸光度與矽量之關係線，將其平行移動使通過原點後，作為檢量線。 6.8 計算：自第 6.5.4 節所得之試樣溶液及第 6.6 節所得之空白試驗的吸光度，與第6.7 節所製作之檢量線求矽量，依下式算出試樣溶液中之矽含量。 100101m)101A(AASi321= 式中， Si：試樣中的矽含量 %(m/m) A1：所分取試樣溶液中之矽檢測量 (g) A2：所分取空白試驗溶液中之矽檢測量 (g) A3：第 6.6 節所秤取之鈦第 6.2(7)節中含有之矽量 (g) m：試樣稱取量 (g) 6.9 許可差：許可差 (13)，依表 2 之規定。 註 (13) 許可差計算式中之 D2值，依 CNS 11771化學分析及物理試驗許可差總則表 4 之規定。 (Si)為擬求許可差之矽含量 %(m/m) 。 表 2 許可差 單位： %(m/m) 矽含量 同一試驗室內再現許可差 不同試驗室間再現許可差0.001 以上， 0.040 以下 D2 0.0280(Si)+0.0002 D2 0.0622(Si)+0.0003引用標準： CNS 9179 化學分析法通則 CNS 11771 化學分析及物理試驗許可差總則 CNS 14896 鈦及鈦合金分析法通則