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304不锈钢与200系列不锈钢快速识别方法研究

来源:至德钢业 日期:2020-07-31 00:44:48 人气:123

304201牌号的不锈钢仅从外观难以识别,本文介绍一种化学分析方法快速识别304201不锈钢。将二水氯化铜、β-丙氨酸、浓盐酸按不同配比配制成不同识别剂,通过比较识别效果,最终确认以上三种试剂最佳物质的量之比为324.8。通过对实际产品进行验证,确认此识别剂是有效的。

不锈钢制品具有表面光滑坚固,不易腐蚀,便于清洗的优点,因此广泛应用于建材装饰、食品加工、餐饮、酿造和化工等领域。在我们日常生活中会遇到许多不锈钢制品,家里的厨房里的不锈钢勺子、盘子、碗、锅,还有学校食堂、饭店、餐饮店中的洗涮台、操作台、灶具等都是以不锈钢为原材料制成。

这些不锈钢制品主要用200系列和304不锈钢为原材料。200系列不锈钢MnCr等元素的金属迁移量要高于304不锈钢,且200系列以锰代镍,耐腐蚀性比较差,仅用作300系列的廉价替代品,与食品接触的餐具、器皿及厨具、灶具部件必须用304不锈钢为原材料。由于200系列和300系列外观相似,靠手感和肉眼难以识别,且200系列和300系列存在较大价格差异,不少不法供应商用200系列不锈钢假冒304不锈钢供应给下游生产商,作为食品接触产品的原材料,这成为食品安全的一个潜在威胁。因此非常有必要对304不锈钢和200系列不锈钢的快速、准确识别进行研究。

目前可采用火花直读光谱仪等设备依据国家标准GB/T11170-2008《不锈钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法)》对不锈钢原材料和制品的元素进行准确的定性与定量分析,但这些检测设备较为昂贵,对人员素质要求较高,不适合于大量中小型不锈钢应用企业现场快速验货或行政执法部门实地检测。同时,依照国家标准进行测定时,必须将不锈钢板材切割成(10×10cm的样品才能放入光谱仪,这会对不锈钢板材或不锈钢制品造成破坏,因此配制识别剂对不锈钢进行快速定性分析具有广泛的应用前景。

不锈钢牌号识别剂主要是通过304不锈钢和200系列不锈钢镍含量不同导致耐腐蚀的差异来进行定性分析。目前,常用的识别剂主要存在毒性大(如含苦味酸)、分析速度慢、对比效果不够明显等缺点。

本实验的识别剂主要由丙氨酸、氯化铜、盐酸配制而成,其中丙氨酸是构成蛋白质的基本单位,是组成人体蛋白质的20种氨基酸之一,氯化铜毒性低,常用作游泳池消毒剂,氯化铜、盐酸也是常规的实验室试剂,因此本识别剂配制方便,毒性低,效果明显,易于推广使用。

1实验部分

1.1实验试剂

氯化铜(CuCl 2·2H 2 O,分析纯);β-丙氨酸(分析纯);浓盐酸(质量分数36.5%)。

202不锈钢样品和304不锈钢样品,成分如表1所示。

1.2试剂的配制

称取5gCuCl 2·2H 2 O1.78gβ-丙氨酸和4ml浓盐酸,将这三种试剂混合后加入20ml水快速溶解即配成试剂。

1.3实验结果

用细砂纸将304不锈钢样品和200系列不锈钢样品表面打磨干净。将配制的识别剂滴在打磨处,大约3秒后,200系列样品出现铜色斑块,当中夹杂黑色络合物(见图1左),304不锈钢样品打磨处1min不变色(见图1右)。

2结果与讨论

2.1识别剂的配制原理

根据文献,不锈钢最基本的特点是在空气中(尤其在潮湿条件下)的防生锈性能和在各种酸碱图1 200系列不锈钢(左)和304不锈钢(右)盐液体介质中的耐腐蚀性。这取决于Cr含量,且随着铬含量的提高而增强。高含量的Cr能够在不锈钢表面形成Cr 2 O 3氧化膜,该膜能有效防止腐蚀,但在PH3的酸性条件下,可与Cl-发生化学反应。

根据文献研究成果,200系列不锈钢是MnN取代部分或全部Ni形成的,由于Ni含量较低,形成大量的稳定性较差的体心立方体的铁素体组织,在表面的Cr 2 O 3氧化膜被酸破坏后,识别液中的Cu 2+将与MnCrFe等活泼元素发生置换反应,生成单质CuMn 2+Cr 3+Fe 3+,接着Mn 2+Cr 3+Fe 3+将与β-丙氨酸中的羟基和氨基基团发生络合反应,出现铜和络合物的混合体铜底黑点斑块。

304不锈钢标准成分是18%铬加8%镍,为面心立方体结构奥氏体组织,具有较高的耐晶间腐蚀性能,在Cr 2 O 3氧化膜被破坏后,稳定的面心立方体结构奥氏体组织使酸性液体中的Cu 2+与不锈钢中铁素体的接触面大大降低,无法发生置换反应和络合反应,因此识别液在打磨处1min内不变色。

从以上分析可以看出,识别剂必须含有H+Cl-Cu 2+和络合离子。本识别剂采用丙氨酸、氯化铜、盐酸配制而成,盐酸提供强酸性环境,由Cl-破坏Cr 2 O 3氧化膜,进而Cu 2+MnCrFe等活泼元素发生置换反应生成CuMn 2+Cr 3+Fe 3+,接着Mn 2+Cr 3+Fe 3+将与β-丙氨酸中的羟基和氨基基团发生络合反应。

2.2氯化铜量的选取

20℃时,CuCl 2·2H 2 O的溶解度为745g/L,在20mL的水中为14.90g,选择1.003.005.007.009.00的二水氯化铜分别与1.78gβ-丙氨酸、4mL浓度36.5%浓盐酸与20mL水配制成识别剂,对202304不锈钢样品进行试验,结果见表2

由表2可以看出二水氯化铜的量对试验结果仅区别于铜底色的深浅,对反应时间等影响不大,故在本识别剂配方中对二水氯化铜量选取实验数据中间值5.00g

2.3β-丙氨酸量的选取

β-丙氨酸主要用于提供络合离子,使识别剂与Mn 2+Cr 3+Fe 3+发生络合反应。分别选取了0.501.001.501.782.00gβ-丙氨酸与5.00g二水氯化铜、4mL浓度36.5%浓盐酸构成的识别剂,对202304不锈钢样品进行识别,试验结果如表3所示。当β-丙氨酸量的选取1.78g2.00g时,可在3s内出现络合反应,考虑到反应速度及实验成本,本识别剂β-丙氨酸量选取1.78g

2.4浓盐酸量的选取

由于不锈钢显色实验的前提是Cr 2 O 3氧化膜在强酸环境下才与Cl-发生化学反应,因此分别取识别剂的H+浓度为1mol/L2.36mol/L,与5.00g二水氯化铜和1.78gβ-丙氨酸配制成识别剂进行对比试验。

通过实验发现在1mol/L的酸性环境下,识别剂效果不明显,在2.36mol/L环境下,在3s内发生明显反应,因此识别剂H+浓度确定为2.36mol/L。由于采用质量分数为36.5%,密度1.179g/cm 3的浓盐酸进行配制,需4ml浓盐酸。

经过计算,二水氯化铜、β-丙氨酸、浓盐酸物质的量之比为324.8

2.5验证试验

从市场上购买2304不锈钢餐盘,2200系列不锈钢餐盘,分别用火花直读光谱仪和识别剂进行测试,识别剂均在3s内完成不锈钢牌号定性鉴别,且与光谱仪的结果一致,准确率达100%,实验结果如表4所示。

3总结与展望

从以上实验数据可以看出本识别剂能够快速对304不锈钢和200系列不锈钢进行鉴别,具有识别准确度高、反应迅速、毒性低,试剂配制简单等优点,适合于不锈钢应用企业和消费者用于快速鉴别304不锈钢和200系列不锈钢。

由于300系列和200系列不锈钢都具有不少牌号,要准确区分各个系列还须对不同牌号的不锈钢元素和金相结构进行分析,寻找新的识别剂配方,使识别剂鉴别不同牌号的不锈钢时显示出不同的颜色,这将成为一个新的研究方向。

本文标签:201不锈钢 

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