Page 94 - 理化检验-化学分册2025年第三期

张 庸，等：不同加热方式测定铝及铝合金中氢的差异性初步探讨

0. 3~1. 0 eV，不易扩散氢约占 50%的结论基本一 用热脱附法进行了空白测试（见表 2），结果小于
致，但并未完全公开高结合能氢释放时间的计算过 0. 001 μg · g （样品量按1 g计），满足0. 0X μg · g −1
−1
程。铝合金中氢的扩散系数相对于钢中的明显偏低。 级别测试需求，检出能力初步得到认可。同时，热脱
文献[15]的热脱附法测试结果显示，在马氏体钢中 附法除了可提供氢总量外，还可提供不同温度下释
2
添加少量铝，氢的扩散系数由1. 52×10 −11 m ·s −1 放的氢分量；改变升温速率，可得到不同的释放峰
2
降低至 5. 3×10 − 12 m ·s − 1 ；文 献 [2] 研究表明， 形；依据Kissinger方法可计算出相应的氢结合能，再
6061-T6铝合金中氢在200 ℃时的扩散系数也仅为 结合微观测试手段，可对氢的位置进行确认 [2，10-12] 。

2
10 −14 m ·s −1 。同时，铝合金和碳反应性差，脉冲法 例如，文献[2]对7系铝合金慢速加热， 氢释放温度主
测试后，样品呈圆球状，而钢分析后为渗碳体，且铝 要集中于209，311，411 ℃，相应的氢结合能为22. 7，
合金称样量一般为1~4 g，显著高于钢铁样品，导致 50. 1，131. 7 kJ · mol − 1 ，分别对应空位、位错以及
氢的扩散路径、时间相对更长。 显微极孔。本试验得出的典型谱图如图 1 所示：
2. 3 热脱附法应用的初步探讨 GBW(E)020030、GBW(E)020030a热脱附释放曲线
热脱附法已于日本获得广泛应用，包括钢 [16-18] 、 峰为单一释放型，释放温度分别约为 450，380 ℃；

#
#
高温合金 [19-20] 、镍及镍合金 [21-23] 、铝及铝合金 [2，10-12] 、 21 、22 样品除350 ℃处有主峰外，于580 ℃左右仍

钛合金 [24-25] 以及高熵合金 [26-27] 等，热导检测器所 有0. 10 μg · g −1 的氢释放，后续将继续改变升温速
得氢的检出限可低至 0. 005 μg · g − 1[28] 。本试验采 率，计算结合能，同时借助微观手段，判定氢的位置。

#
#
图 1 GBW(E)020030、GBW(E)020030a 标准物质和 21 、22 样品的热脱附释放曲线
Fig. 1 Thermal desorption release curves of GBW(E)020030, GBW(E)020030a reference materials and 21 , 22 samples
#
#
本工作采用脉冲法及热脱附法对铝及铝合金中 人员应该关注国外同行的相关工作，如氢分析释放
的“二次氢”现象进行验证，结果表明，对脉冲法测 理论模型、热脱附法等相关工作，探讨其优劣势以及
试后的样品进行热脱附法加热，仍旧有明显氢释放， 是否可以应用于国内氢分析的监控。
对同一样品进行氢测试，脉冲法的测试结果显著低
于热脱附法的，相对而言，文献[6]的加热时间过短 参考文献：
不足以保证氢完全释放的观点似乎更有说服力。鉴
[1] 柳洋. 铝中氢行为的计算机模拟研究[D]. 上海：上海交
于国内目前普遍采用脉冲法测试铝中氢含量，且目 通大学，2012.
前的试验现象仍有待验证之处，建议成立专门工作 LIU Y. Computer simulation of hydrogen in
组，详细验证不同方法的差异，例如，采取延长加热 aluminum[D]. Shanghai：Shanghai Jiao Tong University，
时间、加热后样品不取出等措施对脉冲法进行分析； 2012.
系统验证热脱附法的分析可靠性以及脉冲法分析后 [2] YAMABE J，AWANE T，MURAKAMI Y. Hydrogen
的样品即刻进行热脱附法的分析效果等；国内相关 trapped at intermetallic particles in aluminum alloy
• 328 •