一种汽车用制动器衬片中硫酸钡含量的准确测定方法与流程

1.本发明创造属于化学领域，尤其是涉及一种汽车用制动器衬片中硫酸钡含量的准确测定方法。


背景技术：

2.制动系统是汽车上的重要部分，它直接影响了汽车的安全性能。据有关部门调查结果显示，在由于汽车自身问题造成的交通事故中，制动系统故障占比45％，而制动器衬片又是制动系统的核心，可以说制动器衬片质量的好坏决定了制动系统性能的优劣。
3.市场上的制动器衬片种类众多，各厂家配方与工艺的侧重点也都不尽相同，有nao型、陶瓷型、半金属型、低金属型和金属型等等，价格高低不等，质量参差不齐。硫酸钡因具有较好的摩擦性能、化学稳定性、无公害性，近几年被广泛地应用于大多数制动器衬片中作为主要无机填料，与此同时制动器衬片中硫酸钡的加入也提高了衬片的密度，提升了衬片的抗老化性能和耐候性。正是由于硫酸钡不溶于酸碱的特点，所以其本身不易被溶解成液体利用一些元素分析设备进行精确测试，与此同时对于一些元素直接测试设备也无法给出准确的测定结果。
4.对于硫酸钡型的制动器衬片，其含量的比例控制对于提高衬片的耐磨性、稳定性具有重要的意义，而开发准确测试硫酸钡含量的方法对于制动器衬片配方工艺的升级、质量控制、市场抽检等等具有重要的指导意义。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明创造旨在提出一种汽车用制动器衬片中硫酸钡含量的准确测定方法，此法有效解决了检验制动器衬片在工业生产中理论添加硫酸钡的量与实际产品中硫酸钡的量是否吻合的问题。
6.为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
7.一种汽车用制动器衬片中硫酸钡含量的准确测定方法，包括如下步骤：
8.s1：将待测样品的xrf元素初步筛选，检验是否有ba和s元素，含有则进行步骤s3，不含则结束试验；
9.s2：衬片取样，将待测样品灰化，并提取无机填料，然后酸溶过滤，收集不溶于酸的无机填料；
10.s3：将步骤s2中不溶于酸的无机填料进行半熔反应，得到盐溶液，进行硫酸根的浸取；
11.s4：加入可溶性钡盐，过滤得到沉淀；
12.s5：对步骤s4中得到的沉淀灼烧得到实验产物，并且进行称重；
13.s6：经过计算得到衬片中硫酸钡的含量。
14.所述步骤s1中待测样品的xrf元素初步筛选为将待测制动器衬片样品利用x射线荧光光谱仪进行原样直接测试，检验其是否含有ba、s元素。
15.所述步骤s2中的衬片取样为将待测制动器衬片样品用吸水纸擦拭干净，将样品放在一个大样品袋的底部，用夹具固定在钻床台面上，保证样品的稳定以及摩擦面的水平，避免在距摩擦材料边缘6mm内的区域上钻孔，将收集的钻屑置于一个干净的密封袋中，同时做好标记备用。
16.所述步骤s2中转动钻床台面，使用直径为2-4mm的硬质合金钻头，并调整钻头下降的停止点在衬片摩擦层的1/2处，调正钻床台面，设置钻床主轴转速为400
±
100rpm，将样品袋拉起至刚好能够罩住钻头部分的位置，钻孔时，当钻头接触到摩擦面后保持钻头的下降速度为0.15～0.25mm/s。
17.所述步骤s2中灰化包括将坩埚灼烧恒重后，将样片放置在坩埚中，不盖盖置于马弗炉中，设定850℃灰化5h，待坩埚冷却后放在电子天平上称量并记录，再将称量后装有待测样品的坩埚置于马弗炉中，以850℃继续加热30min，待坩埚充分冷却后，将其放在电子天平上称量并记录，重复此操作直至恒重得到待测样品灰分的质量，计算灰分，并将其收集在样品袋中备用，灰分计算公式如下：
[0018][0019]
其中m0为空坩埚的质量，m1为坩埚加样品的质量，m2为坩埚加灰分灼烧至恒重的质量。
[0020]
所述步骤s2中酸溶过滤包括将灰化后的样品在200℃恒温的状态下，先加热盐酸溶液煮沸30min，加入硝酸煮沸20min，充分冷却后收集滤渣，取陶瓷坩埚，放入盛有滤渣的滤纸，高出坩埚沿的部分用剪刀剪成小块一同放入坩埚内，半盖盖放入马弗炉中，设定温度为500℃～550℃，灰化90min。
[0021]
所述步骤3中的半熔反应包括将步骤2处理后的样品放入坩埚中，坩埚中加入碳酸钠-氧化锌混合熔剂，碳酸钠-氧化锌混合熔剂为碳酸钠与氧化锌按质量比3∶2的熔液，碳酸钠-氧化锌混合熔剂与样品的质量比为5：1.5-3，将坩埚放入马弗炉内，对样品进行加热，
[0022]
所述硫酸根的浸取包括将加热板调节至280-320℃，热的15％-25％碳酸钠溶液和热的15-25g/l碳酸钠溶液，将冷却后的坩埚放在加热板上，用热水浸取，少量多次，再用热的碳酸钠溶液浸取，浸取液收集在烧杯中，并将沉淀收集于表面皿中；
[0023]
硫酸根的浸取过程中，加热板是否加热及温度设置视浸取情况随时调节，为提高硫酸根的回收率，收集浸取液的烧杯可以放在加热板上保温；
[0024]
所述加入钡盐包括加热煮沸去除二氧化碳，将溶液调节为中性，加入氯化钡溶液。
[0025]
所述步骤s5中的实验产物的灼烧包括将坩埚灼烧至恒温，再将称量后装有实验产物的坩埚置于马弗炉中，以850-900℃继续加热30-40min，充分冷却后，将其放在电子天平上称量并记录，重复此操作直至恒重得到灰分样品中硫酸钡的质量，计算灰分样品中硫酸钡的含量，进而得到汽车用制动器衬片中硫酸钡的含量。计算公式如下：
[0026][0027]
其中m3为称量灰分待测样品的质量，m4为100ml空坩埚的质量，m5为坩埚加灰分样品中硫酸钡经灼烧至恒重的质量。
[0028]
所护步骤s5后通过对产物红外测试，并得到红网光谱图，对红外光谱图进行定性分析，验证实验产物是否为硫酸钡。
[0029]
相对于现有技术，本发明创造所述的一种汽车用制动器衬片中硫酸钡含量的准确测定方法具有以下有益效果：
[0030]
该方法实现了汽车用制动器衬片中硫酸钡含量的准确测定，此法有效解决了检验制动器衬片在工业生产中理论添加硫酸钡的量与实际产品中硫酸钡的量是否吻合的问题，本方法定量准确，数据重复性好，操作简单方便，为企业提供了一种质量管控、配方升级改进的测试方法参考。
附图说明
[0031]
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
[0032]
图1为本发明创造实施例所述的一种汽车用制动器衬片中硫酸钡含量的准确测定方法流程示意图；
[0033]
图2为本发明创造实施例所述的实验产物的红外光谱图；
[0034]
图3为本发明创造实施例所述的实验产物的红外光谱匹配图。
具体实施方式
[0035]
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
[0036]
下面结合实施例及附图来详细说明本发明创造。
[0037]
首先进行待测样品的xrf元素初步筛选。
[0038]
将待测制动器衬片样品利用x射线荧光光谱仪进行原样直接测试，检验其是否含有ba、s元素，若存在则按照下述方案进行实验，若不存在则无需进行后续实验。
[0039]
实验试剂和材料：
[0040]
1.除另有说明外，在分析过程中只使用分析纯的试剂和符合gb/t 6682中规定的三级水。
[0041]
2.碳酸钠-氧化锌混合溶剂：碳酸钠经玛瑙研钵研磨后过100微米的金属丝筛(约为150目左右)，再与氧化锌按质量比3∶2混合均匀。
[0042]
3.盐酸(1 1)溶液、10％硝酸溶液。
[0043]
4.20％碳酸钠溶液、20g/l碳酸钠溶液、100g/l氯化钡溶液。
[0044]
5.甲基橙/甲基红指示剂。
[0045]
6.慢速定量滤纸：φ11cm、φ15cm。
[0046]
实验设备和工具：
[0047]
1.多功能钻攻铣床，直径为3mm的硬质合金钻头。
[0048]
2.节能式电炉(马弗炉)：可以在600～800℃内精确控温，且温度偏差保持在
±
25℃以内；坩埚钳。
[0049]
3.电子天平：分度值为0.1mg。
[0050]
4.石墨电热板：可以在200～300℃内精确控温。
[0051]
5.玛瑙研钵、100微米金属丝筛(约150目左右)。
[0052]
6.干燥器：内制硅胶干燥剂。
[0053]
实验器皿的准备：
[0054]
1.50ml、100ml、200ml陶瓷坩埚：将洗净的坩埚放入马弗炉中在550℃下加热至恒重取出，充分冷却后放入干燥器内备用。
[0055]
2.所有能用到的玻璃器皿：烧杯、量筒、容量瓶、漏斗、滴管、表面皿等洗净烘干后放入干燥器内备用。
[0056]
实验具体步骤：
[0057]
第一：试验样品的制备
[0058]
将待测制动器衬片样品用吸水纸擦拭干净，确保摩擦材料部分无任何灰尘和异物。将样品放在一个大样品袋的最底部(以便收集钻屑)，用夹具固定在钻床台面上，保证样品的稳定以及摩擦面的水平(此时应确保样品袋在夹紧样品的时候无破裂现象)。转动钻床台面，使用直径为3mm的硬质合金钻头，并调整钻头下降的停止点在衬片摩擦层的1/2处。调正钻床台面，设置钻床主轴转速为(400
±
100)rpm，将样品袋拉起至刚好能够罩住钻头部分的位置(此时应保证样品袋的边缘不要妨碍主轴的旋转，以免发生事故)。钻孔时，当钻头接触到摩擦面后保持钻头的下降速度为0.15～0.25mm/s，并根据钻屑的形态随时调整钻头的下降速度(速度快会产生粗颗粒的混合物，从而导致所测定的化学成分发生变化)，并在衬片的两块摩擦面上对称且均匀地钻孔，同时由于绝大多数衬片两侧的边缘都有一定的坡度，会对钻孔产生影响，因此要避免在距摩擦材料边缘6mm内的区域上钻孔。
[0059]
将收集的钻屑置于一个干净的密封袋中，同时做好标记备用。
[0060]
第二：待测样品的灰化
[0061]
将事先灼烧至恒重的200ml陶瓷坩埚放在电子天平上称量并记录，精确至0.1mg，接着称量钻取的样品2.0000g于坩埚中并记录，精确至0.1mg。不盖盖置于马弗炉中，设定850℃灰化5h。待坩埚冷却后放在电子天平上称量并记录，精确至0.1mg，再将称量后装有待测样品的坩埚置于马弗炉中，以850℃继续加热30min，待坩埚充分冷却后，将其放在电子天平上称量并记录，精确至0.1mg，重复此操作直至恒重得到待测样品灰分的质量(每次灰化结束后稍冷，都需要用坩埚钳将坩埚取出置于干燥器内冷却)。计算灰分，并将其收集在样品袋中备用。灰分计算公式如下：
[0062][0063]
其中m0为200ml空坩埚的质量，m1为坩埚加样品的质量，m2为坩埚加灰分灼烧至恒重的质量。
[0064]
第三：酸溶除杂
[0065]
加热板设定为200℃。在电子天平上称量0.2500g上一阶段准备好的灰分待测样品于50ml烧杯中并记录，精确至0.1mg。将烧杯置于加热板上，先加入15ml盐酸(1 1)溶液热煮微沸30min，再加入15ml 10％硝酸溶液热煮微沸20min(微沸需视加热情况调高温度)后取下。充分冷却，利用2层φ11cm慢速定量滤纸过滤，收集滤渣。
[0066]
第四：滤渣的灰化
[0067]
取50ml陶瓷坩埚，放入盛有滤渣的滤纸，高出坩埚沿的部分用剪刀剪成小块一同放入坩埚内，半盖盖放入马弗炉中。设定温度为500℃～550℃，灰化90min。
[0068]
第五：半熔反应的前期准备
[0069]
待坩埚冷却后将其放在电子天平上，向坩埚中加入5g混合溶剂。用1/4φ11cm慢速定量滤纸折成的小棒搅拌均匀，小棒不取出。再在样品上覆盖2g混合溶剂，盖盖。
[0070]
第六：半熔反应
[0071]
将坩埚放入马弗炉内，设定升温程序如下所示：
[0072][0073]
第七：硫酸根的浸取
[0074]
将加热板调节至300℃，并准备好热的三级水、热的20％碳酸钠溶液和热的20g/l碳酸钠溶液。将冷却后的坩埚放在加热板上，用100ml热水浸取，少量多次(每次需煮沸5～6分钟，每次加入浸取液的量不能太少，以免煮沸过程中液滴飞溅)，浸取液收集在250ml烧杯中；再用30ml热的20％碳酸钠溶液浸取，少量多次(每次需煮沸5～6分钟，每次加入浸取液的量不能太少，以免煮沸过程中液滴飞溅)，浸取液收集在250ml烧杯中。趁热利用φ15cm慢速定量滤纸将浸取液过滤于500ml烧杯中，用30ml热的20g/l碳酸钠溶液洗涤烧杯和沉淀，少量多次，并将沉淀收集于表面皿中。
[0075]
硫酸根的浸取过程中，加热板是否加热及温度设置视浸取情况随时调节。为提高硫酸根的回收率，收集浸取液的烧杯可以放在加热板上保温。
[0076]
第八：硫酸根的沉淀
[0077]
将加热板调节至250℃，待滤液冷却后向其中滴加1～2滴甲基橙/甲基红指示剂，开始滴加盐酸(1 1)溶液来中和滤液。边滴加边慢慢摇晃烧杯至无气泡产生，继续边滴加边慢慢摇晃烧杯至溶液变为红色，过量5ml。用三级水调节滤液的体积至300ml，将烧杯放置在加热板上，加热煮沸去除二氧化碳，数分钟后从加热板上取下，再滴加1ml盐酸(1 1)溶液验证无气泡。缓慢加入25ml 100g/l氯化钡溶液，慢慢摇匀，继续加热煮沸5～6分钟，关闭加热，余热保温，待冷却后取下静置过夜。
[0078]
第九：硫酸钡沉淀的过滤
[0079]
利用φ15cm慢速定量滤纸过滤烧杯中的沉淀，并用三级水少量多次地洗涤烧杯和沉淀。将事先灼烧至恒重的100ml陶瓷坩埚放在电子天平上称量并记录，精确至0.1mg。将滤纸同沉淀一起放入坩埚内，半盖盖。
[0080]
第十：硫酸钡沉淀的灼烧
[0081]
将坩埚放入马弗炉内，设定升温程序如下所示：
[0082][0083]
待坩埚冷却后放在电子天平上称量并记录，精确至0.1mg，再将称量后装有实验产物的坩埚置于马弗炉中，以850℃继续加热30min，充分冷却后，将其放在电子天平上称量并记录，精确至0.1mg，重复此操作直至恒重得到灰分样品中硫酸钡的质量(每次加热结束后稍冷，都需要用坩埚钳将坩埚取出置于干燥器内冷却)。计算灰分样品中硫酸钡的含量，进而得到汽车用制动器衬片中硫酸钡的含量。计算公式如下：
[0084][0085]
其中m3为称量灰分待测样品的质量，m4为100ml空坩埚的质量，m5为坩埚加灰分样品中硫酸钡经灼烧至恒重的质量。
[0086]
第十一：实验数据分析
[0087]
表1实验数据
[0088][0089]
根据实验数据结果显示，衬片-1、衬片-2数据的平行性较好，且随同实验一起做的纯品硫酸钡的回收率接近100％，说明该实验方法的准确性较好。
[0090]
实验产物验证
[0091]
1.实验仪器：傅里叶红外光谱仪(ftir)，型号nicolet is50，美国赛默飞世尔公司生产；透射模式样品台。
[0092]
2.实验工具与试剂：红外灯，压片机，玛瑙研钵，红外光谱用溴化钾。
[0093]
3.ftir红外分析条件：采用kbr压片透射的方法(参数文件为transmissi-on e.s.p.)，扫描范围为40-4000cm-1
，扫描次数32次，分辨率4cm-1
。
[0094]
4.实验方法：仪器开机并与软件连接，预热30min以上，红外光谱用溴化钾置于红外灯下烘烤备用。取少量实验产物于玛瑙研钵内，研成粉末，混合溴化钾(样品与溴化钾的重量比为1∶100)，研磨均匀(制样全过程需在红外灯下进行)，使用压片机在常压下加压制成透明状片剂，上机测试。
[0095]
5.测试谱图分析
[0096]
如图1和图2中三个实验产物均体现了硫酸钡的信息，经对比硫酸钡标准品的特征吸收峰来综合分析，鉴定实验产物为硫酸钡。
[0097]
该方法实现了汽车用制动器衬片中硫酸钡含量的准确测定，此法有效解决了检验
制动器衬片在工业生产中理论添加硫酸钡的量与实际产品中硫酸钡的量是否吻合的问题，本方法定量准确，数据重复性好，操作简单方便，为企业提供了一种质量管控、配方升级改进的测试方法参考。
[0098]
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。