Ультразвуковой способ определения концентрации примесей в высокочистых металлах Советский патент 1983 года по МПК G01N29/00 

со оо

Изобретение относится к ультразвуковому контролю, в частности к контролю содержания примесей в металлах, и может быть использовано в металлургии, химической промышленности и технической физике.

Известен ультразвуковой способ нахождения границы «чистой части слитка металла, основанный на определении времени звучания вдоль слитка металла на фиксированной частоте ультразвука 1.

Недостаток данного способа состоит в невозможности определения концентрации примесей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой способ определения концентрации примесей в высокочистых металлах, заключающийся в том, что образец прозвучивают ультразвуковыми колебаниями, определяют частоту колебаний, соответствующую максимуму поглощения, по которой определяют концентрацию примесей 2.

Недостатком известного способа является низкая точность из-за необходимости измерения поглощения ультразвука.

Целью изобретения является повышение точности определения концентрации примесей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно ультразвуковому способу определения концентрации примесей в высокочистых материалах, заключающемуся в том, что образец прозвучивают ультразвуковыми колебаниями и по одному из параметров ультразвуковых колебаний определяют концентрацию примесей, одновременно с прозвучи ванием образец подвергают ступенчатому механическому нагружению, а в качестве параметра выбирают изменение скорости ультразвука фиксированной частоты в процессе нагружения.

Способ осуществляется следующим образом. Предварительно отожженный образец из

контролируемого металла прозвучивают ультразвуковыми колебаниями фиксированной частоты и регистрируют скорость их распространения в образце. Измерения проводят с помощью стандартной ультразвуковой аппаратуры, включающей генератор радиоимпульсов,пьезопреобразователи,

приемник радиоимпульсов, регистратор. Одновременно с прозвучиванием образец подвергают ступенчатому механическому нагружению, которое вызывает скачкообразное уменьшение скорости ультразвука до

величины Vj за счет отрыва дислокационных петель от точечных дефектов и увеличение длины петель Ьэфдо величины L , характерной для данной сетки дислокаций.

Далее при неизменном приложенном напряжении с течением времени происходит увеличение скорости ультразвука до установившегося значения Уг за счет того, что происходит закрепление дислокации на атомах примеси и уменьщение длины дислокационных петельЬэфцДО величины, удовлетворяющей равенству

С

J

С - концентрация примесных атомов;

где а - параметр решетки. Согласно теории Гранато-Люкке, изменение скорости ультразвукаАУ определяется выражением:

AV

где k - постоянный коэффициент, Л - плотность подвижных дислокаций.

Из этого выражения получена расчетная формула для определения концентрации примесей:

-- .

г , . % I /-5 i

0)

- L (v,-vj

гдеУа,У1,Уг - скорости ультразвука в образце соответственно до приложения нагрузки, в момент нагружения и установившееся значение в нагруженном состоянии; а - параметр криссталической решетки контролируемого металла;

длина дислокационной петли.

Величины а и LM определяются из соответствующих справочных материалов.

Регистрируя скорость ультразвука в процессе нагружения, определяют уменьшение скорости в момент нагружения VQ-V, и разность между скоростью ультразвука в образце до нагружения Vp и ее установившимся значением у в нагруженном состоянии V,-. По полученным значениям изменений скорости ультразвука по формуле {1) вычисляют концентрацию примесей.

Практическая реализация изобретения осуществлялась на проволочном образце из поликристаллического алюминия.

В таблице приведены значения концентрации примесей для алюминия различной чистоты марки А 99.97/о и А 99,939%.

Изобретение позволяет повысить точность определения концентрации малых примесей в высокочистых металлах.

0,55 1,66 2,77 5,54

1,0 0,93 0,98 0,7

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИМЕСЕЙ В ВЫСОКОЧИСТЫХ МЕТАЛЛАХ, заключающийся в том, что образец прозвучивают ультразвуковыми колебаниями и по одному из параметров ультразвуковых колебаний определяют концентрацию примесей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения концентрации примесей, одновременно с прозвучиванием образец подвергают ступенчатому механическому нагружению, а в качестве параметра выбирают изменение скорости ультразвука фиксированной частоты в процессе нагружения.