Способ рентгеноспектрального анализа сплавов редких металлов Советский патент 1980 года по МПК G01N23/223 G01N25/14 

Изобретение относится к физическим методам анализа веществ, в частности к рентгеноспектральному анализу материалов с применением высокотемпературной плавки. Известен способ рентгеноспектра ного анализа сплавов редких металлов, заключающийся в кислотном или щелочном растворении пробы ана лизируемого материала и образца сравнения, облучении их потоком рентгеновских лучей в титановых кюветах для жидких проб с дном и.з майлара, прозрачного для рентгенов ского излучения, с последующим из мерением интенсивности вторичного рентгеновского излучения в атмосфере воздуха. По измеренным интенсивностям определяют концентра цию анализируемого элемента 1 . Данный способ пригоден для анализа широкого круга металлических систем. Однако он имеет и ряд существенных недостатков, к которым можно отнести: длительность раство рения (1-3 ч) сплавов редких мета лов, что и определяет низкую произ водительность анализа для каждой марки сплава требуется разработка отдельной методики анализа, т.е. способ не является достаточно универсальным; не все сплавы редких металлов могут быть проанализированы данным способом,поскольку под действием рентгеновских лучей ряд редких элементов (Nb,Hf,W) выпгщает из раствора в осадок, т.е. не обеспечивается равномерность распределения анализируемого элементА в растворе. Точность данного способа зависит в основном, от химической подготовки проб и составляет 2-4%. Наиболее близким к изобретению является способ рентгеноспектрального анализа редких метешлов, включающий изготовление компактных излучателей на основе анализируемого материала и материала образцов сравнения, облучение их потоком рентгеновских лучей с последующим измерением интенсивности вторичного рентгеновского излучения. Из сравнения интенсивностей аналитических линий от пробы и образцов сравнения рассчитывают концентрации определяекых элементов в пробе. Компактные стеклообразные излучатели получают путем сплавления анализируемого материала и материала образцов срарнения с флюсом,напримербурой или пиросульфатом калия f2j . Этот способ нашел применение только для анализа сплавов на основе титана.Производительность анализа этим способом составляет 8-12 определений за 6ч.Точность анализа зави сит от качества поверхности излучателя, его гомогенности и составляет 2-4% Недостатком способа является его. неуниверсальность, т.е. для каждой анализируемой марки сплава необходимо подбирать состав флюса, режим плавления и охлаждения. Для ангшиза сплавов редких металлов способ не нашел применения, поскольку для них не найдены флюсы,с помощью которых можно изготовить качественные излучатели. Целью изобретения является обеспечение универсальности, способа повышение производительности и точности анализа. Поставленная цель достигается тем ;что излучатели изготавливают путем рас плавления анализируемого материала i и материала образцов сравнения в ва не из расплавленного металла труппы железа при соотношении 1:5 - 1:10 и температуре 1600-1850с. Пример .1. 2г пробы редко металлического расплава на основе МЬ-5ВМЦ (2 % МО, 4 % W, 1 Zr) спла ляли в индукционной печи при температуре 1700с с чистым железом в корундовом тигле при соотношении количества сплава к железу 1:10. Плавку проводили в вакууме с цель предотвращения окисления образца. По этой же схеме из чистых металлов (Nb, W, Mo, Zr) сплавлением в железе готовили серию образцов сравнени . (7 иггук) , близких по составу к анали зируемому сплаву. Из полученных слит ков нарезали диски-излучатели (по 5 для каждого слитка). Поверхность для анализа подвергали шлифованию. Диски помещали в спектрометр (PW1410), облучали их пучком рентгеновских лучей (материал антикатода трубки - вольфрам,ускоряющее напряжение - 50 кВ,ток трубки - 25 мА,кристалл анализатор - L F) ипроводили изме рение интенсивности вторичного рентгеновского излучения по линии . По измеренным интенсивностям от образцов сравнения строили градуирЬвочную кривую зависимости интенскгыгостй линии от состава. По градуировочной кривой определяли содержание Мо в сплаве 5ВМЦ. Проанализировали 5 параллельных проб этого сплава, рассчитали среднее арифметическое значение результатов анализа (х) и стандартное отклонени ко.торое определяли по формуле: 1 Г/--1 Х - отдельные результаты измереN - общее число измерений. Содержание Мо в сплаве, представленное в виде х+ S составило 2,030+ ,04 % по массе. Пример 2. Для выбора оптималь ной степени разбавления редкометаллических сплавов металлами группы железа с учетом снижения взаимных влияний и повышений точности анализа была отлита серия слитков редкометаллических сплавов с железом никелем и- кобальтом. Сплавление и анализ проводили по описанной выше схеме. При соотношении редкометаллических сплавов к металлу разбавителю 1:1 - 1:4 наблюдается нелинейная зависимость интенсивности излучения от разбавления и значительный разброс экспериментальных данных, Это можно объяснить сильным междлемёнтным влиянием, характерным для редкометаллических сплавов. При таких степенях разбавления эти влияния не снимаются, что осложняет анализ многокомпонентных сплавов по способу виешнего стандарта и приводит к существенным погрешностям определения. В интервале разбавлений 1:5 IrlO получена зависимость удельной интенсивности рентгеновских линий от степени разбавления, близкая к линейной, что свидетельствует о слабом влиянии матричных межэлементных эффектов. Этот интервал разбавлений характеризуется также хорошей воспроизводимостью. При разбавлении больше чем 1:10 экспериментальные данные характеризуйтся значительным разбросом, так как большое разбавление приводит к снижению чувствительности и точности анализа. Следовательно, оптимальным является разбавление сплавов редких металлов металлом группы железа в соотношении 1:5 - 1:10, при которых инимально влияние матричных эффеков и достигается наибольшая точность анализа. Пример 3. Температуру сплавления редкометаллическрго сплава с металлом группы железа выбирали на основе экспериментов по сплавлению сплава Nb-W-Mo-Zr с железом при различных температурах. Необходимым условием для анализа является равномерное распеределение элементов, входящих в редкометаллический сплав, в железе. Гомогенность полученных излучателей проверяли методом .локального рентгеноспектрального анализа на приборе JXA-3A.- При линейном сканировании образца проводили непрерывную запись изменения концентрации по его сечению на расстоянии IllO -S для Кс1ждого образца. Получена зависимость времени гомогенизации расплава от температуры. Одновременно оценивалась точность анализа, определяемая относительным стандартным отклонением, при числе параллельных определений .При проведении анализа важ но,чтобы время получения гомогенных проб бьшо минимальным.Одновременным условием является реализация минимальной погрешности анализа.С учетом этих условий определили, что оптимальным интервалом температур сплавления является 16 0-1850 С, поскольку при температуре ниже 1600 С растворение сплава Mb-WMo-Zr в железе проходит очень мед , а при температуре выяе велики погрешности анализа, обусловленные испарением летучих компонентов сплава, а также за счет взаимодействия расплава с материалом тигл Анализировгши сплавы Nb-W-Mo-Zr(2,0 % МО), W-Mo-Re (5,6 Re) и HfNb-Та-Мо (Ю, Та) с привлечением способа внешнего стандарта, где в качестве образцов сравнения использо вали отечественные аттестованные стандартные образцы и искусственно приготовленные образцы сравнения.Проанализировано по 5 проб от каждого сплава,оп ределены среднее арифметическое значение концентрации определяемого элемента ()f) и стандартное отклонение результатов анализа (S,j). Получены следующие результаты определения МО, Re и Та в указанных сплавах, которые представлены в виде по массе: 2,03±р,04 МО в сплаве Nb-W-Mo-Zr, 5,63±0,12 Re в сплаве W-Mo-Pe, -10,48+0,12 Та в сплаве Hf-Mb-Ta-M Результаты совпадают с паспортным значениями, что подтверждает правил ность анализа. На основании этих результатов по формуле % %f 100 %(2) рассчитали точность анализа, которая составила 1-2 %. Производительность анализа сплаво редких металлов предлагаемым способо зависит в основном от времени подготовки проб, числа определяемых элементов и их концентраций в пробах и составляет 16-20 анализов за 6 ч, При анализе тех же сплавов известными способами (аналогаг/ и) производительность составляет 8-12 определений за 6 ч, а точность 2-4 %. Таким образом, предложенный способ является способом универсальным для анализа сплавов редких метгшлов, так как металлы группы железа хорошо растворяют все редкие металлы и не влияют на интенсивность аналитических линий определяемых элементов. Использование этого способа позволяет примерно в два раза повысить производительность и точность анализа. Формула изобретения Способ рентгеноспектрального анализа сплавов редких металлов, включающий изготовление компактных излучателей на основе анализируемого материала и материала образцов сравнения, облучения их потоком рентгеновских лучей с последующим измерением интенсивности вторичного рентгеновского излучения, отличающийся тем, что, с целью обеспечения универсальности способа, повышения производительности и точности ангшиза, компактные из.лучатели изготавливают путем расплавления анализируемого материала и материала образцов сравнения в ванне из расплавленного металла группы железа при соотношении 1:5 1:10 и температуре 1600 - . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ashley R.W., Jones R.W XPFAapplJcatlon tothe analysis obzircaloy, Analytical chemistry 31, 10, 1959, p. 1632. 2.Томоми Мицуно идр. Рентгеноспектральный анализ сплавов на основе титана с помощью метода стеклянного корблы а} Journal Jaran Institute of Metalls 1970, 34, № 5, 476-480 (прототип),