Способ получения металлических калибровочных образцов

 

Союз Советскин

Социал мстмческмк

Республик

О П И С А Н И Е < >,929316

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 01. 10. 80 (21) 3229029/22-02 с присоединением заявки М (5t)M. Кл.

B 22 0 27/00

Геоудорстееннь<й комитет

СССР (23) Приоритет ло делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 23.05.82 Бк>ллетень №19

Дата опубликования описания 25.05.82 (53) УДК 621, .746.58 (088.8) (72) А вторы изобретения

Н. В. Ларин, Ю. В. Ревин, Д.И. Погудалов

Институт химии АН СССР и Научно-исслед институт химии при Горьковском государ университете им. Н.И. Лобачеаског (71) Заявители (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ

КАЛИБРОВОЧНЫХ ОБРАЗЦОВ

Изот>ретение относится к исследованию химических и физических свойств веществ, в частности к способам получения металлических калибровочных образцов, используемых в качестве внутрилабораторных стандартов для целей количественного спектрального анализа в цветной металлургии, в приборостроении, в радиоэлектронике и во всех областях, потребляющих металлы и сплавы.

Проблема создания высококачественных калибровочных образцов (твердых монолитных жидких, порошкообразных) сопряжена с большими трудностями.

Наиболее несовершенны в настоящее время способы получения твердых калибровочных образцов. Материал таких образцов должен быть однородным по химическому составу во всей своей массе, что гарантирует полную тождественность физико-химических свойств отдельных порций, отбираемых от вещества и идентичность результатов их анализа, Известен способ получения твердых стандартных образцов металлов и сплавов методами порошковой металлургии

5 согласно которому исходные порошкообразные компоненты тщательно переме- шивают, прессуют в виде штабиков и спекают а две стадии, сначала в водородных печах, а затем в высоко1О температурных сварочных а гре гатах (1 ).

Известен также способ приготовления твердых стандартных образцов

tS включающий плавку шихты в тиглях в инертной атмосфере или в вакууме, кристаллизацию металла в аиде слитка в изложнице, механическую обработку полученного слитка (обдирку, ковку, прокат, термообработку, резку}. При приготовлении такого стандартного образца в конечном итоге используется не более 40-504 наиболее однородной части слитка (2j.

3 92931

Однако указанные способы трудоемки, длительны во времени (от нескольких часов до несКольких суток) и не обеспечивают достаточной гомогенности образцов при введении микропримесей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ получения металлических калибровочных об- 10 разцов для рентгенофлюоресцентного анализа, включающий плавление компонентов в среде гелия высокой чистоты при атмосферном давлении во взвешенном B ýëåêòðoìàãíèòíoì поле состоянии. Затем, после снятия напряжения на индукторе, расплав выливают в кварцевый стакан, служащий изложницей, где происходит его охлаждение и кристаллизация. Данные анализов по- казывают равномерное распределение микропримесей в образце. Это достигается интенсивным перемешиванием расплава за счет электромагнитных сил и конвективных течений. Отсутст- у вие контакта расплавленного металла с материалом тигля предохраняет металл от загрязнения на стадии плавки. Для получения однородного слитка достаточно нескольких минут, отпадает необходимость в тщательном предварительном смешивании компонентов (3).

Однако недостатком данного способа является загрязнение расплава дополнительными примесями на стадии кристаллизации из-за его контакта с материалом изложницы (кварцевый стакан). Известно, что степень по верхностного и объемного загрязнения образца кварцевым стеклом зависит от времени взаимодействия и изменяется в пределах от 10 " до 5 ат.4.

Кроме того, при касании расплава стенок стакана появляются дополнительные центры кристаллизации, нарушающие равномерность структуры образца, что вызывает негомогенное распределение микропримесей.

Цель изобретения - предотвращение загрязнения образца материалом изложницы и повышение гомогенности распределения микропримесей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения метал- лических калибровочных образцов путем плавления компонентов в инертной атмосфере во взвешенном состоянии в

6 4 электромагнитном поле и последующей кристаллизации образца, кристаллизацию осуществляют во взвешенном состоянии в электромагнитном поле и в потоке гелия, подаваемого со скоростью 2000-6500 см/мин.

Охлаждение расплава и последующая кристаллизация образца вызывается потерец тепла за счет высокой теплопроводности гелия и перемещения расплавленного образца потоком гелия в область магнитного поля индуктора с меньшей напряиенностью, где температура образца ниже температуры его плавления.

Скорость обдува образца гелием определяет время кристаллизации, которое влияет на структуру образующегося слитка и гомогенность распределения микропримесей. При скоростях обдува 7 6500 см/мин происходит быстрое охлаждение (около 1 мин), что приводит к сжатию, растрескиванию образца, выливанию расплава наружу, получению неоднородной структуры с негомогенным распределением микропримесей. При скоростях обдува ниже

2000 см/мин, за время охлаждения, превышающее 15 мин, образовываются крупные кристаллы, по границам которых происходит концентрирование примесных компонентов. При скоростях обдува внутри этого интервала получают образцы с мелкокристаллической структурой и гомогенным распределением примесных компонентов. благодаря отсутствию контакта расплава с материалом изложницы при кристаллизации во взвешенном состоянии, образец не загрязняется дополнительными примесями, отпадает необходимость механической и химической обработки образцов для удаления поверхностных загрязнений, исключаются потери расплава при выливании его в кварцевый стакан. Структура образца будет более равномерной ввиду отсутствия дополнительных центров кристаллизации.

Способ осуществляется следующим образом.

В качестве основного компонента берут спектральный эталон никеля

НП-2"5" и изготавливают цилиндрический контейнер весом 2-2,5 г. Контейнер и навески железа, хрома и титана протравливают в смеси плавиковой, азотной кислот и воды в соотношении

2:2:1, промывают дистиллированной водой, этиловым спиртом и высушивают

5 9293 в сушильном шкафу при 150 С в течение часа, Затеи навески железа, хрома и титана помещают в никелевый контейнер и спрессовывают вместе с ним.

Концентрация примесей железа, хрома и титана в никеле 1,74; 1,66;

l 52 ат.3 соответственно. Полученную пробу помещают в кварцевый стакан реактора. Реактор откачивают до давления 13,3 Па и заполняют гелием высокой чистоты до атмосферного давления. Затем включают генератор и подают мощность на индуктор. Образец поднимается из стакана, повисает и плавится в электромагнитном поле в 1$ течение 8- lO мин при 1650 С. 8 процессе плавления наблюдается сильное аксиальное вращение расплавленной капли, что способствует интенсивному перемешиванию расплава. Затем в реак- 20 торе создают поток гелия, постепенно уввличивая скорость потока от 2000 до 6500 см/мин. В процессе увеличения скорости потока гелия образец перемещается в область более низких тем- И ператур. Кристаллизация заканчивается при скорости гелия 6500 см/мин через

15 мин при температуре образца поряд@ ка 1180 С. После выключения генерато.ра закристаллизованный оЬразец опус- зо кается на дно реактора; его охлаждают до комнатной температуры и получают калибровочный никелевый образец

КО-1.

Аналогичным образом получают калибровочный никелевый образец KO-2 с концентрацией железа хрома и „титана 4,5 ° 10 ; 1,9- 10 ; 2,8.10 ат.4, соответственно.

В табл. 1 представлены результаты 40 анализа полученных калибровочных об16 4 разцов KO- 1 и КО-2 на содержание иримесных компонентов методами искровой масс-спектрометрии на приборе MX 3301, оже-спектрометрии на приборе РН1-545А, рентгенофлюоресцентным методом на приборе VRA-2. Из табл. l .видно, что значения концентраций примесных компонентов полученных различными аналитическими методами находятся в хорошем соответствии с рассчитанными значениями концентраций.

Указанное соответствие показывает гомогенное распределение примесных компонентов по поверхности образца, поскольку образцы анализировались в разных точках поверхности.

Проведенный эмиссионный спектраль. ный анализ показал, что содержание кремния в образцах КО-1 и КО-2 не превосходит содержание кремния в исходном никеле марки НП-2"5", в то время как в образцах эакристаллизо" ванных в кварцевом стакане концентрация кремния возрастает на 113.

Содержание кремния в никеле

НП-2"5" и калибровочных образцах КО-1 и KO-2 по результатам эмиссионного спектрального анализа приведено в табл. 2.

Использование способа позволяет предотвратить загрязнение калибровочных образцов примесями иэ материала изложницы и получить образцы с гомогенным ра спределением ми кропримесей.

Применение калибровочных образцов, полученных предлагаемым способом, позволит получить годовой экономический эффект в системе АН СССР

150.000 руб.

Т а б л и ц а 1

Калибровочный образец

КО" 1

КО-2

Метод анализа и концентрация, ат ° 4

КонцентПримесь рация введенных примесей

Fe 1,74 1,7

Рентгенофлуоресцентный анализ

1,73

1,69

1,73

1,66

1,5 т!

Меньше предела

Cr обнаружения

1,52

-4

4,5 10

-1

1,9 ° 10

2,8 10

Искровая Оже-спектромасс-спект- .метрия рометрия

1,25

1,83

-1

3,2 10

1,5 10

2,2 -10

l,51

4,1 1О

1,7 10

2,7. 10

8 аблица 2

929316

Концентрация кремния, масс.1

Концентрация й1 НП-2"5"

К0-1

К0-2 поверх- объем поверхност ь ност ъ поверх- объем ность объем

В кварцевом стакане

«2

3,7 ° 10 г. -2

313 1О 317 10 3,3 -10

-2

3,3.10

-Ъ

3,7 10

Во взвешенном состоянии в электромаг- «3 нитном поле 3,2 10

-3

3,2 ° 10

-2 . -2 2

3,2 10 3,2 10 3,2 10

-2.

3,2 ° 10

Формула изобретения сп

Составитель О. Мозолевская

Редактор С. Патрушева Техред М.Рейвес Корректор М. шароши

«» «»«

Заказ 3367/15 Тираж 853 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ получения металлических калибровочных образцов, включающий плавление компонентов во взвешенном состоянии в электромагнитном поле в

25 среде инертного газа, преимущественно гелия, и последующую кристаллизацию, отличающийся тем, что, с целью повышения гомогенности распределения микропримесей в образце и получения его без включения материала изложницы, кристаллизацию осуществляют также во взвешенном со1 стоянии в электромагнитном поле и в потоке гелия, скорость подачи которого равномерно увеличивают в пределах 2000-6500 см/мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Спектральный анализ чистых веществ. Под ред. X.È. Зильберштейна, Л., "Химия", 1971, с. 359-362.

2. Плинер Ю.Л. и др. Стандартные образцы металлургических материалов.

М., "Металлургия", 1976.

3. >!(урнал аналитической химии.

1977, т ° 32, вып . 6, с. 1237-1240.