Способ определения фазового состава медно-цинковых сплавов Советский патент 1992 года по МПК G01N27/48 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении, аналитической химии, электрохимии в качестве способа определения фазового состава сложных медно-цинковых сплавов, в частности латуней.

Известен способ определения фазового состава бинарных медно-цинковых сплавов, основанный на использовании рентгеновского метода.

Известен способ стереометрической металлографии, пригодный для определения фазового состава медно-цинковых сплавов.

Известен вольтам периметрический ме- тод оценки фазового состава медно-цинко- вых сплавов, основанный на определений содержания меди и цинка в сплаве по величине их катодных токов.

Однако способ позволяет определить не непосредственно фазовый состав материала (содержание а- фаз), а лишь элементный состав однофазных систем - содержание Си и Zn в сплаве. Кроме того, для количественного определения необходимо построение градуировочного графика I f (содержания меди или цинка в образце, что существенно усложняет определение). Еще один недостаток состоит в том, что необходимо введение в сферу электронной реакции строго фиксированного количества исследуемого вещества: массы или определенной площади.

Целью изобретения является увеличение экспрессности определения фазового состава кремниймарганцевистых латуней путем регистрации анодно-катодной поляризационной кривой.

VI

5

00

чэ

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу оценки фазового состава медно-цинковых сплавов анализируемый образец подключают в качестве рабочего электрода к потенциостату или другому ис- точнику линейно изменяющегося напряжения, помещают в электролизер с насыщенным раствором KCI, содержащим - 10 моль/л НС 1, поляризуют электрод от стационарного потенциала анодно до потенциала, соответствующего спаду анодного тока, затем, не отключая ячейку, изменяют направление поляризации и поляризуют электрод катодно до потенциала, соответствующего сладу катодного тока со скоростью 20-80 мв/с.

Форма поляризационной кривой мед- но-цииковых сплавов сохраняется независимо от способа предварительной обработки и фазового составе образцов, но изменяется соотношение анодных и катодных максимумов, связанных с электрохимическими превращениями меди, входящей в состав сплава. Это связано с тем, что изменение структурного состояния материала при изменении условий обработок, например температуры, ведет к соответствующему изменению его энергетических параметров, что может проявляться как а изменении положения максимумов тока на оси потенциалов, так и в изменении соотношения их величин.

Сущность способа состоит в регистрации анодной поляризационной кривой участка поверхности исследуемого образца произвольной формы и массы от стационарного потенциала, в отличие от Е - -1,1 В, соответствующего восстановлению цинка в латуни по известному способу, до потенциала окончания анодного процесса, в отли- чие от выдержки при Е 0,25 В в течение 1-2 мин по известному способу, а затем катодной (без исключения ячейки) до потенциала, соответствующего окончанию катодного процесса, в среде насыщенного раствора хлорида калия, содержащего 10 -10 моль/л хлористоводородной кислоты, в отличие от 1 М растворов хлористоводородной кислоты или хлорида аммония в известном способе, со скоростью развертки потенциала 20-80 мв/с, в отличие от скорости 4,2-16.7 мВ/с в известном способе.

8 техническом решении регистрация индикаторного сигнала, несущего информацию о фазовом составе, осуществляется в результате анодно-катодной поляризации образца от стационарного потенциала - потенциала, при котором отсутствует ток в цепи, т.е. не происходит никаких электрохимических превращений. Осуществление предаарительной анодной реакции дает возможность окислить электроактивные компоненты системы, а при последующем катодном процессе регистрировать процессы восстановления не собственно компонентов решетки, а окисленных в процессе предварительной анодной поляризации форм, что позволяет в дальнейшем использовать соотношение между токами восстановления в качестве источника информации о фазовом составе материала. Использование подкисленного моль/л HCI насыщенного раствора KCI в качестве фонового электролита также, в отличие от способа прототипа, дает возможность применить в качестве индикаторного сигнала соотношение катодных максимумов меди, входящей в кристаллическую решетку латуни. Регистрация поляризационных кривых со скоростью 20-80 мв/с (в отличие от 4,2-16,7 мВ/с) позволяет ускорить получение результата, т.е. осуществить поставленную цель.

Содержание /5-фазы затем определяют по уравнению % /3 А + В х It/Jn, в котором коэффициенты А и В предварительно рассчитаны на основании построения корреляционной зависимости между результатами двух независимых методов: предлагаемого и, например, рентгеновского.

Пример. Образцы размером 5x10x20 мм вырезают из слитков полунепрерывного литья диаметром 200-220 мм. горячепрес- сованных прутков диаметром 80 мм, тер- мообработанных блоков цилиндров аксиально-поршневых гидромоторов.

Ренгенофазовый анализ шлифованных образцов проводят на дифрактометре ДРОН-ЗМ в Со-Ка-излучения. Содержание a- wfi- фаз рассчитывают по стандартным уравнениям для двухфазных систем. При этом не учитывают интерметаллические включения, содержание которых в зависимости от состава материала и вида обработки составляет 3-6 мас.%. Соотношение а- и/J- фаз изменяют (в соответствии с диаграммой состояния) отжигом исследуемых образцов при различной температуре в течение 1 ч и последующей закалкой в воду. В качестве образцов для сравнения используют металлическую медь марки М1 (99,95%) и гранулированный цинк марки ЦО (99,96%).

Вольтамперометрические измерения проводят на потенциостате П5827М в комплекте с двухкоординатным самописцем ПДП-4 в потенциодинамическом режиме поляризации электрода (скорость развертки потенциала 2Q-80 мВ/с, начальный потенциал равен Ест -0,4 В). В качестве электрода сравнения используют насыщенный хлорсеребряный электрод, вспомогательного - стержень, из спектрального графита марки В-3, фонового электролита - насыщенный раствор хлорида калия, содержа- щий 10 -10 моль/л хлористоводородной кислоты. Рабочим электродом служит пластина из исследуемого сплава, изолированная химически стойким лаком. Пластину помещают в измерительную ячейку. Каж- дую поляризационную кривую регистрируют на новом участке поверхности. Перед измерением поверхность электрода очищают ацетоном.

Статистическую обработку результатов измерений проводят по стандартным программам.

Поляризационную кривую регистрируют от стационарного потенциала - 0,4 В (ХХ.Э.) а анодную сторону до потенциала, соответствующего окончанию анодного процесса, затем, не отключая ячейку, изменяют направление поляризации на катодное и регистрируют катодную ветвь кривой до момента окончания катодного процесса, Для дальнейшего определения фазового состава сплавов рассчитывают соотношение катодных токов I и II. На тех же образцах

фазовый состав медно-цинковых сплавов определяют методом рентгенофазового анализа. В результате статистической обработки результатов методом РФ А и ВАМ получают уравнение, связывающее содержание/9 -фазы в латуни и соотношение максимальных токов f и II % 0 59.1 - 15,1 (It/In). Коэффициент корреляции этой зависимости 0.88.

Формула изобретения Способ определения фазового состава медно-цинковых сплавов, заключающийся в регистрации вольтамперограмм, отличающийся тем, что, с целью увеличения экспрессносги определения, сначала поляризуют электрод от стационарного потенциала до потенциала, соответствующего спаду анодного тока, после чего изменяют знак поляризации и поляризуют электрод до потенциала, соответствующего спаду катодного тока, причем определение ведут на фоне насыщенного раствора хлорида калия, содержащего соляную кислоту в количестве , моль/л со скоростью развертки потенциала 20-80 мВ/с.

Область применения: металлургия, машиностроение, аналитическая химия, электрохимия - для определения фазового состава сложных медно-цинковых сплавов. Сущность изобретения: сначала поляризуют электрод от стационарного потенциала до потенциала, соответствующего спаду анодного тока. Затем изменяют знак поляризации и поляризуют электрод до потенциала, соответствующего спаду катодного тока. Определение проводят на фоне на- сыш, ,КС1. содержащего НО в количестве - моль/л. Скорость развертки потенциала составляет 20-80 мВ/с.