GB/T 45676-2025 增材制造 金屬粉末含水量的測(cè)定 卡爾費(fèi)休庫(kù)倫法

范圍
本文件描述了用卡爾費(fèi)休庫(kù)倫法測(cè)定增材制造用金屬粉末中含水量的原理，規(guī)定了試劑、儀器、測(cè)試樣本取樣、測(cè)試步驟及測(cè)試報(bào)告 。
本文件適用于增材制造用金屬粉末的游離水含量測(cè)定，范圍為0.0015%~5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。其他增材制造用高分子材料、陶瓷材料等非金屬粉末中游離水含量的測(cè)定參照?qǐng)?zhí)行。

原理
存在于試樣中的游離水分經(jīng)卡氏爐加熱汽化，以氮?dú)鉃檩d體吹進(jìn)卡爾費(fèi)休試劑陽(yáng)極液中，陽(yáng)極液里的碘離子(I^-)開始電解而產(chǎn)生碘(I₂)，碘(I₂)與水進(jìn)行定量反應(yīng)，根據(jù)電解消耗的電量計(jì)算含水量，具體反應(yīng)式見式(1)~式(3)。浸入溶液中的兩電極有一電位差，當(dāng)溶液中存在水時(shí)，陰極極化反抗電流通過，由陰極去極化伴隨著突然增加的電流指示確定反應(yīng)終點(diǎn) 。
反應(yīng)式 :


試劑
卡爾費(fèi)休試劑
陽(yáng)極液 : 分析純或更高級(jí)別 。
陰極液 : 分析純或更高級(jí)別 。
氮?dú)?br style="padding: 0px; margin: 0px;"/>純度不低于99.9%。
高氯酸鎂
分析純，用于填充干燥管以去除氮?dú)庵兴?，含水量?yīng)低于5μg/g。
純水
應(yīng)符合 GB/T 6682 中三級(jí)水規(guī)格。
無(wú)水甲醇
分析純，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0. 01%。
水-甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液
在干燥的100mL容量瓶中加入50mL分子篩干燥過的無(wú)水甲醇，用微量移液槍或移液管注入1mL純水于容量瓶中，用無(wú)水甲醇稀釋至相應(yīng)刻度，混勻，用此溶液標(biāo)定卡爾費(fèi)休試劑。1mL標(biāo)準(zhǔn)溶液含10mg水。
注: 無(wú)水甲醇分子篩干燥方法，每500mL甲醇加50g 5A分子篩，密閉放置24h，取上層清液。
二水鎢酸鈉、硫酸鉀混合物(K₂SO₄、Na₂WO₄·2H₂O)
分析純，使用前應(yīng)放置在干燥缸中，常溫保存。
半水酒石酸鉀化合物(C₄H₄O₆K₂·1/2H₂O)
分析純，使用前應(yīng)放置在干燥缸中，常溫保存。
二水酒石酸鈉(Na₂C₄H₄O₆·2H₂O)
分析純，使用前應(yīng)放置在干燥缸中，常溫保存。

儀器
電子天平: 精度0.1mg。
卡氏爐: 加熱溫度范圍室溫~280℃，控溫精度1℃。
卡爾費(fèi)休水分測(cè)定儀: 配有檢測(cè)電極，陽(yáng)極液槽，陰極液槽。
微量玻璃毛細(xì)管: 規(guī)格10μL或者20μL，相對(duì)偏差±10%范圍內(nèi)。
鋁箔自封袋: 標(biāo)簽容量100mL。
粉末取樣器: 不銹鋼材質(zhì)，取樣端為尖狀，能刺破鋁箔袋。
移液槍: 0μL~1000μL，精度0.1μL。

測(cè)試樣本取樣
應(yīng)在粉末開封后立即分取測(cè)試樣本50g~100g，并裝入鋁箔自封袋中，排出鋁箔自封袋中的空氣后密封。必要時(shí)熱塑密封，常溫保存。已開封的產(chǎn)品取表層粉末。
粉末長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，其含水量隨著環(huán)境濕度及暴露時(shí)間的變化而變化，環(huán)境濕度和不同暴露時(shí)間對(duì)粉末含水量的影響見附錄A。

測(cè)試步驟
測(cè)試環(huán)境
測(cè)試環(huán)境溫度為23℃±5℃，相對(duì)濕度小于50%。
儀器準(zhǔn)備
根據(jù)水分測(cè)定儀說(shuō)明書的規(guī)定使用陽(yáng)極液和陰極液，并分別注入陽(yáng)極槽和陰極槽。打開氮?dú)忾y門并導(dǎo)入經(jīng)過干燥的氮?dú)猓怪?jīng)過卡氏爐隨即進(jìn)入反應(yīng)池；將樣品舟/瓶放置在卡氏爐內(nèi)加熱，加熱溫度應(yīng)與試樣測(cè)試溫度一致；啟動(dòng)卡爾費(fèi)休反應(yīng)池去除管路內(nèi)殘留水分，當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)池的水分小于0.01μg/min，即儀器準(zhǔn)備完成，或根據(jù)儀器電位的變化率來(lái)判斷。
核查試驗(yàn)
概述
水分測(cè)定儀每次開機(jī)使用前需對(duì)設(shè)備進(jìn)行核查，核查方法可選用毛細(xì)管法或者鹽加熱分解法。
毛細(xì)管法
用鑷子夾住毛細(xì)管的上部，將毛細(xì)管一端浸入水-甲醇標(biāo)準(zhǔn)溶液中，浸入深度不宜過深，以避免毛細(xì)管外表面有多余的溶液。將毛細(xì)管放入卡氏爐中，并啟動(dòng)測(cè)試程序以測(cè)定含水量。當(dāng)測(cè)定值與理論值偏差小于10%時(shí)，核查通過。否則，應(yīng)檢測(cè)設(shè)備硬件、更換試劑和耗材，再次核查。
鹽加熱分解法
按表1推薦的鹽種類及表2推薦的用量進(jìn)行取樣，并將所取鹽放入卡氏爐中，按表1中不同鹽的結(jié)晶水分解溫度設(shè)定加熱溫度后啟動(dòng)測(cè)試程序，測(cè)定鹽分解釋放的水含量。當(dāng)測(cè)定值與理論值偏差小于10%時(shí)，核查通過，否則，應(yīng)檢測(cè)設(shè)備硬件、更換試劑和耗材，再次核查。


加熱溫度確定
由于不同粉末具有的化學(xué)特性不同，水分子與粉末表面的作用機(jī)理也不同，應(yīng)根據(jù)粉末類別選擇不同的烘干溫度，既要最大限度地蒸發(fā)水分，又要避免試樣與環(huán)境發(fā)生反應(yīng)、分解而導(dǎo)致變質(zhì)。圖1為粉末烘干溫度與水分釋放量的關(guān)系圖，所選烘干溫度應(yīng)在圖中所示(2)~(3)范圍內(nèi)。對(duì)于無(wú)法蒸發(fā)所有自 由水分的某些材料，推薦使用的加熱溫度為135℃。
對(duì)于與粉末表面形成化學(xué)吸附的情況，烘干溫度應(yīng)大于100℃；對(duì)于與粉末表面反應(yīng)生成氧化物或氫氧化物的情況，應(yīng)評(píng)估其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。


取樣量選擇
從測(cè)試樣本中稱取1g試樣，并按要求測(cè)定試樣含水量的初測(cè)值，依據(jù)含水量初測(cè)值和所使用的水分測(cè)定儀的精度和量程確定取樣量。表2為不同含水量對(duì)應(yīng)的試樣推薦用量。
所取試樣應(yīng)具有代表性，使用粉末采樣器從鋁箔自封袋側(cè)面刺穿，迅速取出試樣并稱取采樣器和試樣質(zhì)量(m₁)后，再立即將試樣放入卡氏爐中加熱測(cè)試，稱取采樣器質(zhì)量(m₂)。取出測(cè)試試樣后，鋁箔自封袋立即用膠帶密封刺穿孔，防止鋁箔自封袋中的粉末暴露在空氣中。
測(cè)定
將試樣裝入樣品舟/瓶中并輸入試樣質(zhì)量后開始測(cè)試，根據(jù)反應(yīng)池反應(yīng)電量變化讀出對(duì)應(yīng)的水分質(zhì)量(m)，并計(jì)算試樣中含水量。
每次測(cè)試完成應(yīng)更換樣品舟/瓶，并重新扣除管路內(nèi)殘留的水分后進(jìn)行下一個(gè)試樣的測(cè)試。使用樣品瓶測(cè)試時(shí)應(yīng)測(cè)試空瓶中的含水量，并在試樣結(jié)果中扣除該空白值。
重復(fù)測(cè)量3次，若測(cè)試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%，取3次測(cè)試結(jié)果平均值；若標(biāo)準(zhǔn)偏差大于10%，加測(cè)2次，取5次測(cè)試結(jié)果平均值。
結(jié)果計(jì)算和表示
按式(4)計(jì)算試樣含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))ω，其數(shù)值以%表示:

式中:
m ——儀器測(cè)得水的質(zhì)量，單位為克(g)；
m₁——采樣器與試樣的質(zhì)量，單位為 克(g)；
m₂——采樣器的質(zhì)量，單位為克(g)。


京都電子KEM 卡爾費(fèi)休水分測(cè)定儀MKC-710S + 卡氏爐ADP-611