增材制造 金属粉末含水量的测定 卡尔费休库伦法 - 卡尔费休水分测定仪

GB/T 45676-2025 增材制造 金属粉末含水量的测定 卡尔费休库伦法

范围
本文件描述了用卡尔费休库伦法测定增材制造用金属粉末中含水量的原理，规定了试剂、仪器、测试样本取样、测试步骤及测试报告 。
本文件适用于增材制造用金属粉末的游离水含量测定，范围为0.0015%~5%(质量分数)。其他增材制造用高分子材料、陶瓷材料等非金属粉末中游离水含量的测定参照执行。

原理
存在于试样中的游离水分经卡氏炉加热汽化，以氮气为载体吹进卡尔费休试剂阳极液中，阳极液里的碘离子(I^-)开始电解而产生碘(I₂)，碘(I₂)与水进行定量反应，根据电解消耗的电量计算含水量，具体反应式见式(1)~式(3)。浸入溶液中的两电极有一电位差，当溶液中存在水时，阴极极化反抗电流通过，由阴极去极化伴随着突然增加的电流指示确定反应终点 。
反应式 :


试剂
卡尔费休试剂
阳极液 : 分析纯或更高级别 。
阴极液 : 分析纯或更高级别 。
氮气
纯度不低于99.9%。
高氯酸镁
分析纯，用于填充干燥管以去除氮气中水分，含水量应低于5μg/g。
纯水
应符合 GB/T 6682 中三级水规格。
无水甲醇
分析纯，水的质量分数应小于0. 01%。
水-甲醇标准溶液
在干燥的100mL容量瓶中加入50mL分子筛干燥过的无水甲醇，用微量移液枪或移液管注入1mL纯水于容量瓶中，用无水甲醇稀释至相应刻度，混匀，用此溶液标定卡尔费休试剂。1mL标准溶液含10mg水。
注: 无水甲醇分子筛干燥方法，每500mL甲醇加50g 5A分子筛，密闭放置24h，取上层清液。
二水钨酸钠、硫酸钾混合物(K₂SO₄、Na₂WO₄·2H₂O)
分析纯，使用前应放置在干燥缸中，常温保存。
半水酒石酸钾化合物(C₄H₄O₆K₂·1/2H₂O)
分析纯，使用前应放置在干燥缸中，常温保存。
二水酒石酸钠(Na₂C₄H₄O₆·2H₂O)
分析纯，使用前应放置在干燥缸中，常温保存。

仪器
电子天平: 精度0.1mg。
卡氏炉: 加热温度范围室温~280℃，控温精度1℃。
卡尔费休水分测定仪: 配有检测电极，阳极液槽，阴极液槽。
微量玻璃毛细管: 规格10μL或者20μL，相对偏差±10%范围内。
铝箔自封袋: 标签容量100mL。
粉末取样器: 不锈钢材质，取样端为尖状，能刺破铝箔袋。
移液枪: 0μL~1000μL，精度0.1μL。

测试样本取样
应在粉末开封后立即分取测试样本50g~100g，并装入铝箔自封袋中，排出铝箔自封袋中的空气后密封。必要时热塑密封，常温保存。已开封的产品取表层粉末。
粉末长时间暴露在空气中，其含水量随着环境湿度及暴露时间的变化而变化，环境湿度和不同暴露时间对粉末含水量的影响见附录A。

测试步骤
测试环境
测试环境温度为23℃±5℃，相对湿度小于50%。
仪器准备
根据水分测定仪说明书的规定使用阳极液和阴极液，并分别注入阳极槽和阴极槽。打开氮气阀门并导入经过干燥的氮气，使之经过卡氏炉随即进入反应池；将样品舟/瓶放置在卡氏炉内加热，加热温度应与试样测试温度一致；启动卡尔费休反应池去除管路内残留水分，当进入反应池的水分小于0.01μg/min，即仪器准备完成，或根据仪器电位的变化率来判断。
核查试验
概述
水分测定仪每次开机使用前需对设备进行核查，核查方法可选用毛细管法或者盐加热分解法。
毛细管法
用镊子夹住毛细管的上部，将毛细管一端浸入水-甲醇标准溶液中，浸入深度不宜过深，以避免毛细管外表面有多余的溶液。将毛细管放入卡氏炉中，并启动测试程序以测定含水量。当测定值与理论值偏差小于10%时，核查通过。否则，应检测设备硬件、更换试剂和耗材，再次核查。
盐加热分解法
按表1推荐的盐种类及表2推荐的用量进行取样，并将所取盐放入卡氏炉中，按表1中不同盐的结晶水分解温度设定加热温度后启动测试程序，测定盐分解释放的水含量。当测定值与理论值偏差小于10%时，核查通过，否则，应检测设备硬件、更换试剂和耗材，再次核查。


加热温度确定
由于不同粉末具有的化学特性不同，水分子与粉末表面的作用机理也不同，应根据粉末类别选择不同的烘干温度，既要最大限度地蒸发水分，又要避免试样与环境发生反应、分解而导致变质。图1为粉末烘干温度与水分释放量的关系图，所选烘干温度应在图中所示(2)~(3)范围内。对于无法蒸发所有自 由水分的某些材料，推荐使用的加热温度为135℃。
对于与粉末表面形成化学吸附的情况，烘干温度应大于100℃；对于与粉末表面反应生成氧化物或氢氧化物的情况，应评估其对测量结果的影响。


取样量选择
从测试样本中称取1g试样，并按要求测定试样含水量的初测值，依据含水量初测值和所使用的水分测定仪的精度和量程确定取样量。表2为不同含水量对应的试样推荐用量。
所取试样应具有代表性，使用粉末采样器从铝箔自封袋侧面刺穿，迅速取出试样并称取采样器和试样质量(m₁)后，再立即将试样放入卡氏炉中加热测试，称取采样器质量(m₂)。取出测试试样后，铝箔自封袋立即用胶带密封刺穿孔，防止铝箔自封袋中的粉末暴露在空气中。
测定
将试样装入样品舟/瓶中并输入试样质量后开始测试，根据反应池反应电量变化读出对应的水分质量(m)，并计算试样中含水量。
每次测试完成应更换样品舟/瓶，并重新扣除管路内残留的水分后进行下一个试样的测试。使用样品瓶测试时应测试空瓶中的含水量，并在试样结果中扣除该空白值。
重复测量3次，若测试结果标准偏差小于10%，取3次测试结果平均值；若标准偏差大于10%，加测2次，取5次测试结果平均值。
结果计算和表示
按式(4)计算试样含水量(质量分数)ω，其数值以%表示:

式中:
m ——仪器测得水的质量，单位为克(g)；
m₁——采样器与试样的质量，单位为 克(g)；
m₂——采样器的质量，单位为克(g)。


京都电子KEM 卡尔费休水分测定仪MKC-710S + 卡氏炉ADP-611