高频红外碳硫仪测定低合金钢中微量碳时的干扰因素及消除方法

引言

低合金钢作为一种重要的金属材料，在机械制造、建筑、航空航天等众多领域有着广泛的应用。其中，微量碳的含量对低合金钢的性能有着显著影响，如硬度、强度、韧性等。因此，准确测定低合金钢中微量碳的含量具有重要的实际意义。高频红外碳硫仪凭借其快速、准确、灵敏度高等优点，成为了测定低合金钢中碳含量的常用设备。然而，在实际应用过程中，该仪器会受到多种因素的干扰，导致测定结果出现偏差。深入研究这些干扰因素并找到有效的消除方法，对于提高测定结果的准确性和可靠性具有重要的理论和实践价值。

一、高频红外碳硫仪的工作原理及测定低合金钢微量碳的意义

1. 高频红外碳硫仪的工作原理

高频红外碳硫仪主要基于样品在高频感应炉中被加热至高温后，其中的碳和硫元素与氧气发生化学反应，生成二氧化碳和二氧化硫气体。这些气体随载气进入红外检测池，根据红外吸收原理，不同浓度的二氧化碳和二氧化硫气体对特定波长的红外光具有不同的吸收特性，通过检测红外光的吸收强度，就可以准确测定样品中碳和硫的含量。具体来说，当红外光通过含有二氧化碳和二氧化硫的气体时，气体分子会吸收特定波长的红外光，使透过的红外光强度减弱。仪器通过检测这种强度变化，并根据朗伯 -比尔定律进行计算，从而得出样品中碳和硫的含量。

2. 低合金钢中微量碳的作用

微量碳在低合金钢中起着至关重要的作用。它能够显著提高低合金钢的强度和硬度。碳元素可以与铁形成碳化物，这些碳化物分布在钢的基体中，起到强化作用，阻碍位错的运动，从而提高材料的强度和硬度。适量的碳含量还能改善低合金钢的韧性和耐磨性。当碳含量处于合适的范围时，能够细化晶粒，提高材料的韧性。在一些需要耐磨性能的应用场景中，如机械零件、模具等，微量碳的存在可以提高材料的耐磨性能，延长其使用寿命。

3. 准确测定微量碳的重要性

准确测定低合金钢中微量碳的含量对于保证低合金钢的质量和性能具有关键意义。在生产过程中，只有准确掌握碳含量，才能实现对低合金钢成分的精确控制，确保产品符合相关标准和使用要求。如果碳含量测定不准确，可能会导致产品质量不稳定，强度、硬度等性能指标不符合要求，从而影响产品的使用安全和寿命。在质量检验和质量控制环节，准确的碳含量测定是判断低合金钢质量是否合格的重要依据，对于保证产品质量和企业的经济效益具有重要作用。

二、高频红外碳硫仪测定低合金钢中微量碳的干扰因素

1. 样品因素

样品的表面状态对测定结果有显著影响。如果样品表面存在油污、铁锈、氧化层等杂质，在加热过程中，这些杂质会与氧气发生反应，产生额外的二氧化碳气体，从而导致测定结果偏高。例如，油污在高温下会分解产生碳氢化合物，进一步氧化生成二氧化碳。样品的粒度大小也会影响测定结果。粒度过大，样品在高频感应炉中难以充分燃烧，会导致碳元素不能完全转化为二氧化碳，使测定结果偏低；粒度过小，样品容易被载气带走，也会影响测定的准确性。

2. 助熔剂因素

助熔剂的选择对测定结果至关重要。不同的助熔剂具有不同的助熔效果和化学性质。如果助熔剂选择不当，可能无法有效地降低样品的熔点，使样品不能充分燃烧，导致碳元素测定结果偏低。助熔剂的用量也需要严格控制。用量过少，助熔效果不明显；用量过多，可能会引入额外的杂质，影响测定结果的准确性。例如，一些助熔剂中可能含有微量的碳元素，过

量使用会导致测定结果偏高。

3. 仪器因素

仪器的工作环境对测定结果有重要影响。环境温度和湿度的变化会影响仪器的稳定性和检测精度。过高或过低的温度会导致仪器的电子元件性能发生变化，影响红外检测池的检测效果。湿度较大时，会使仪器内部的光学元件受潮，影响红外光的传输和检测。仪器的气体流量也需要精确控制。载气流量过大，会使样品在炉内停留时间过短，导致燃烧不充分；载气流量过小，会影响二氧化碳气体的传输和检测，从而影响测定结果的准确性。

三、高频红外碳硫仪测定低合金钢中微量碳干扰因素的消除方法

1. 样品处理方面

对于样品表面的杂质，可以采用机械打磨、化学清洗等方法进行去除。机械打磨可以去除样品表面的铁锈和氧化层，使样品表面光洁。化学清洗可以使用合适的有机溶剂去除油污。在样品粒度控制方面，应根据仪器的要求和样品的性质，将样品粒度控制在合适的范围内。一般来说，可以通过筛分等方法得到粒度均匀的样品，以保证样品在高频感应炉中能够充分燃烧。

2. 助熔剂选择与使用方面

在选择助熔剂时，应根据低合金钢的成分和性质，选择具有良好助熔效果、纯度高且不含干扰元素的助熔剂。例如，对于一些含有高熔点元素的低合金钢，可以选择含有氧化性较强成分的助熔剂，以促进样品的燃烧。在确定助熔剂用量时，应通过实验进行优化。可以采用不同用量的助熔剂进行测定实验，根据测定结果选择最佳的用量，以确保样品能够充分燃烧且不引入额外的干扰。

3. 仪器维护与控制方面

为了保证仪器的稳定性和检测精度，应将仪器放置在温度和湿度相对稳定的环境中。可以通过安装空调、除湿机等设备来控制环境温度和湿度。定期对仪器进行校准和维护，检查仪器的气体流量、压力等参数是否正常，确保仪器处于最佳工作状态。在每次测定前，应对仪器进行预热，使仪器达到稳定的工作状态，以提高测定结果的准确性。

结语

高频红外碳硫仪在测定低合金钢中微量碳含量方面具有重要的应用价值，但在实际测定过程中会受到多种因素的干扰。样品因素、助熔剂因素和仪器因素等都会对测定结果的准确性和可靠性产生影响。通过深入研究这些干扰因素的作用机制，我们提出了相应的消除方法，如优化样品预处理、合理选择助熔剂、控制仪器工作环境和加强仪器维护等。这些方法对于提高高频红外碳硫仪测定低合金钢中微量碳的准确性和可靠性具有重要的作用。

在未来的研究中，我们还需要进一步探索更加有效的干扰因素消除方法，不断提高测定技术的水平。随着材料科学的不断发展，低合金钢的成分和性能也在不断变化，对微量碳测定的准确性和灵敏度提出了更高的要求。因此，我们需要持续关注高频红外碳硫仪的技术发展，结合新的材料和工艺特点，不断优化测定方法，以适应实际生产和科研的需求。加强不同学科之间的交叉融合，引入先进的分析技术和手段，为准确测定低合金钢中微量碳含量提供更加可靠的保障。

参考文献：

[1]赵林强,邓攀直,门倩妮,等.高频红外碳硫仪测定金矿石中硫[J].中国无机分析化学,2025,15(05):696-703.

[2]黄庆莉,黄庆华.高频红外碳硫仪测定钢铁样品中碳、硫元素影响因素 分析[J].现代工程科技,2023,2(23):56-58.