Eltra 埃尔特 | 航空部件原材料中的氧/氮/氢分析——ELEMENTRAC ONH-Ps

2026-04-07 11:59:46, 弗尔德仪器弗尔德（上海）仪器设备有限公司

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航空部件原材料中的氧/氮/氢分析

在航空制造领域，材料性能直接关系到飞行安全与结构可靠性。随着钛合金、复合材料等在飞机结构中的广泛应用，对其化学成分的控制变得尤为关键。其中，氧（O）、氮（N）、氢（H）元素虽然含量较低，却对材料的力学性能、疲劳寿命与环境适应性具有显著影响。

航空材料中的元素控制要求

现代飞机如波音787，其材料构成中复合材料占50%，钛合金占15%，铝合金占20%。钛合金因其高比强度、良好耐腐蚀性和与复合材料的相容性，广泛用于机身结构、发动机部件等关键部位。

然而，钛合金对元素氧、氮、氢极为敏感。例如：

氧含量升高会导致材料硬度增加、韧性下降；

氢可能引起氢脆现象，降低材料延展性；

氮同样影响材料的塑性变形能力。

为了确保安全，国际标准如ASTM、ISO、DIN等对钛合金中氧、氮、氢的含量都有严格规定。钛具有良好的断裂韧性、抗拉强度高，又易于焊接。这使钛在飞机制造中越来越受到关注。

钛材质的等级

钛虽然是地球上第十大常见元素，但相较于被广泛应用的铜和铁，因其价格昂贵，使用频率较少。钛在环境中分布广泛，例如，它存在于矿物钛铁矿（FeTiO₃）、钙钛矿（CaTiO₃）以及主要存在于金红石（TiO₂）中，使得它难以开采且加工成本高昂。为了生产纯钛金属，TiO₂被转化为TiCl₄，然后在800–900°C的温度下通过液态镁（克罗尔法）进行还原。这一工艺使得钛及其合金成为一种昂贵的材料等级。

钛及其合金的力学性能对飞机制造非常有利。首先，其密度比钢低60%，是一种轻质材料。低重量带来了更低的燃油消耗。其次，良好的耐热性和耐腐蚀性确保了长寿命和发动机安全性。第三，低脆性和低热膨胀性使得钛及其合金能够与CFRP（碳纤维增强塑料）结合使用。

尽管有这些优点，但必须考虑到氧、氮和氢气体会对钛的力学性能产生负面影响。另一个风险是液态钛在制备过程中对这些气体的高亲和力。因此，需要使用抽真空的炉子进行工作。

为了确保安全，国际标准如ASTM、ISO、DIN等对钛合金中氧、氮、氢的含量都有严格规定。例如，Grade 2钛合金中，氧含量不得超过0.4%，氮不超过0.05%，氢不超过0.015%。而Ti6Al4V这类高端合金，氧含量更被限制在0.25%以内。

使用燃烧分析法进行质量控制

由于O/N/H浓度对钛及其合金材料性能的重大影响，对这些元素进行可靠的测量是不可或缺的。

ELTRA的O/N/H分析仪ELEMENTRAC ONH-ps三联测氧氮氢分析仪采用惰气熔融技术，可以从低ppm水平到百分比的宽浓度范围内同时测量O/N/H气体。ONH-ps的脉冲电极炉在高达3000°C的温度下熔化钛样品，测量以二氧化碳形式释放的氧，以单质形式释放的氮，以及以水的形式释放的氢。

为确保O/N/H的可靠测量，会向样品中添加助熔剂（如镍或锡）。这些助熔剂有助于降低熔点，确保嵌入金属中的气体的完全释放以及O/N/H测量的良好重复性。

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ELEMENTRAC ONH-p

ELEMENTRAC ONH-ps可处理任何固体形状的样品，如粉末、颗粒、线材或小片，能做到精准投样并且不会卡样，减少前处理时间，为分析工作提供了非常大的便利性。

ONH-ps 三联测氧氮氢分析仪

使用ELEMENTRAC ONH-ps分析钛合金中氧氮氢典型测量结果

当然，使用ELEMENTRAC ONH-ps也可以分别建立钛合金中的氧氮以及钛合金中的氢的应用方法。使用不同的助溶剂，分别分析钛中氧氮和钛中氢。

使用ELEMENTRAC ONH-ps分析钛合金中氢典型测量结果

ELEMENTRAC ONH-ps符合所有国际标准。除了钛合金，还适用于其他金属，例如，钢、铜等O/N/H分析。无论是学术研究还是工业生产，都能轻松上手。

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