Способ получения металлических калибровочных образцов Советский патент 1982 года по МПК B22D27/00 

(5) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КАЛИБРОВОЧНЫХ ОБРАЗЦОВ

1

Изо1)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) сопряпена 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 согласно которому исходные порошкообразные компоненты тщательно перемешивают, прессуют в виде штабиков и спекают в две стадии, сначала в водородных печах, а затем в высоко10температурных сварочных агрегатах l.

Известен также способ приготовления твердых стандартных образцов включающий плавку шихты в тиглях в

15 инертной атмосфере или в вакууме, кристаллизацию металла в виде слитка в изложнице, механическую обработку полученного слитка (обдирку, ковку, прокат, термообработку, резку). При

70 приготовлении такого стандартного образца в конечном итоге используется не более 40-50% наиболее однородной части слитка L2}. 39 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 образцов для рентгенофлюоресцентного анализа, включающий плавление компонентов в среде гелия высокой чистоты при атмосферном давлении во взвешенном в электромагнитном 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. Отсутствие 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 з. Однако недостатком данного способа является загрязнение расплава дополнительными примесями на стадии кристаллизации иа(-за его контакта с материалом изложницы (кварцевый стакан). Известно, что степень поверхностного и объемного загрязнения образца кварцевым стеклом зависит от времени взаимодействия и изменяется в предел ах от 10 до 5 ат.. Кроме того, при касании расплава сте нок стакана появляются дополнительны центры кристаллизации, нарушающие равномерность структуры образца, что вызывает негомогенное распределение микропримесей. Цель изобретения - предотвращение загрязнения образца материалом изложницы и повышение гомогенности рас пределения микропримесей. Поставленная цель достигается тем что согласно способу получения метал лических калибровочных образцов путем плавления компонентов в инертной атмосфере во взвешенном состоянии в 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 рбразца вызывается потерей тепла за Гсчет высокой теплопроводности гелия и перемещения расплавленного образца потоком гелия в область магнитного поля индуктора с меньшей напряженностью, 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 У 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 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

в сушильном шкафу при в течение часа. Затем навески железа, хрома и титана помещают в никелевый контейнер и спрессовывают вместе с ним. Концентрация примесей железа, хрома и титана в никеле 1, 1«6Ь; 1,52 ат.% соответственно. Полученную пробу помещают в кварцевый стакан реактора. Реактор откачивают додавления 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 течение 8-10 мин при . В процессе плавления наблюдается сильное аксиальное вращение расплавленной капли, что способствует интенсивному перемешиванию расплава. Затем в реакторе создают поток гелия, постепенно увеличивая скорость потока от 2000 до 6500 см/мин. В процессе увеличения скорости потока гелия образец перемещается в область более низких температур. Кристаллизация заканчивается при скорости гелия 6500 см/мин через 15 мин при температуре образца порядка 1180 С. После выключения генератора закристаллизованный образец опускается на дно реактора; его охлаждают до комнатной температуры и получают калибровочный никелевый образец КО-1.

Аналогичным образом получают калибровочный никелевый образец КО-2 с концентрацией железа, хрома и титана 4, 1,9-10; 2,.% соответственно.В табл. 1 представлены результаты анализа полученных калибровочных об1.7.

Fe Сг Ti 1,66 1,25

О-1 1.83 1,52

-f

,5-10

3,2-10

Fe Сг Ti

.-1 1,5-10 1,910

О-2

2,8 1 о

2,2-10

разцов КО-1 и КО-2 на содержание примесных компонентов методами искровой масс-спектрометрии на приборе MX 3301, оже-спектрометрии на приборе PHl-5t5A, рентгенофлюоресцентным методом на приборе VRA-2. Из табл.1 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 спектральный анализ показал, что содержание кремния в образцах КО-1 и КО-2 не ревосходит содер)хание кремния в исодном никеле марки , в то время как в образцах закристаллизоанных в кварцевом стакане концентраия кремния возрастает на 1U.

Содержание кремния в никеле и калибровочных образцах КО-1 и КО-2 по результатам эмиссионного спектрального анализа приведено в табл. 2.

Использование способа позволяет предотвратить загрязнение калибровочных образцов примесями из материапа изложницы и получить образцы с гомогенным распределением микропримесей .

Применение калибровочных образцов, полученных предлагаемым способом, позволит получить годовой экономический эффект в (Системе АН СССР 150.000 руб. Таблица. В кварцевом 2 -2 3,3-10 стакане3,7-10 Во взвешенном состоянии в электромаг- з -2 нитном поле3,210 3,2-10 Формула изобретения Способ получения металлических ка либровочных образцов, включающий пла ление компонентов во взвешенном состоянии в электромагнитном поле в среде инертного газа, преимущественно гелия, и последующую кристаллизацию, отличающийсй тем, что, с целью повышения гомогенности распределения микропримесей в образце и получений его без включения материала изложницы, кристаллизацию осуществляют также во взвешенном соТаблица 2 -1 -2. - -2 3,7-10 3,3-10 3,7-10 3,3-10 - -i -а. -2 3,2-10 3,2-10 3,210 3,2-10 стоянии в электоомагнитном 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. Х.И. Зильберштейна, Л., Химия, 19.71, с. 359-362. 2.Плинер Ю.Л. и др. Стандартные образцы металлургических материалов. М., Металлургия, 1976. 3.Журнал аналитической химии. 1977, т. 32, вып. 6, с. 1237-12 40.