Смесь кислот для растворения азотсодержащих материалов Советский патент 1982 года по МПК C01B21/00 G01N31/00 

Изобретение относится к веществам для химического анализа.металлов в метсшлургии И машиностроении и может быть применено для растворения азотсодержащих навесок при определения содержания азота в сталях, подвергнутых диффузионному насьй(еннк одним только азотом (азо-тровании) или азотом совместно с другими элемеитами при многокомпонентном насыщении (цианировании, бороазотировации, бороцианировании, бороцёментацин и

др.) .

Известен способ определения азота в сталях - объемный метод (метод Къельдаля) с аспиргщией. Одной из самых ответственных операций, влияющих на точность анализа, является процесс разложения азотсодержащей навески,.состоящей во многих случаях из труднораствосжмых нитридов. В .зависимости от химического состава сталей и вида нитридов п{Я1Меияются различные кислоты и их скюси, нащжмер соляная «кислота (lil) 1.

Известна смесь кислот) серная (1 часть) и фосфорная (2 части) 12.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является смесь кислот г состофцая из серной

кислоты (1 часть), фосфорной кислоты (4 части) и дистиллированной воды (2 части) {3.

Однако известные смеси кислот не обеспечивают достаточного растворения азотсодержащих навесок, снятых с бороа.зотированной или бороцианированной детали, так как в них наряду с нитридами содержатся

10 бориды, карбонит(мды, а также комплексные соединения типа (М,В)

Цель изобретения - повьвцеиие полноты и селективности растворения сталей, содержащих комплексные нитри15ды.

Указанная цель достигается тем, что для растворения азотсодержащей навески снятой с поверхности бороазотированиой или бороцианированной

20 стальной детали примеияется смесь кислот следящего состава, вес.%{ .серная кислота (1,84) 90-95 и фосфорная кислота (1,7) 10-5.

На фиг. приведена кривая раство25 римостй азотсодержащей навески, снятой с бороаэотированной стали . 38X2MIOA, в зависимости от содержания в смеем сериой и фосфорной кислоты; на .фиг.2 - кривые распределе- i

30 ния азота в бороазотированных материалах (1 - армко-железо, 2 - сталь 38x2 МЮА, 3 - сталь 40хН2МА, 4 сталь , 5 - сталь 7x3).

При подборе смеси кислот азотсодержащую навеску, снятую с поверхноти бороазотированной стали, сначала (Растворяли в водном растворе, содержащем 45-55% соляной кислоты. Затвм нерастворившийся в соляной кислоте остаток навески растворяли в смеси серной и фосфорной кислот с различным их содержанием.

При подборе растворителя были апробированы;смеси, состоящие из серной и фосфорной кислот в следующем соотношении: 0%, 20-25%, 70-75% 80-85%, 90-95% и 96-99%, 100% H2SO и соответственно, 100%, 80-75%, 30-25%, 20-15%, 10-5%, 4-1% и 0% HijPO4. Растворение наиболее трудноразложимой навески, снятой с поверхности бороазотированной стали 38х2МЮА на глубину 0,05-0,15 мм в указанных смесях соответственно составило: 50-55%, 55-60%, 70-75%, 75-80%, 90-95%, 65-70%, 55-60%. Построенная зависимость растворимости навески от состава смеси показывает, что смесь состоящая из 90-95% H2.SO4 и 10-5% НзРО4 обладает наиболее сильнодействующим окислительным свойством в отношении слоя, содержащего нитриды, бориды, карбонитриды и комплексные соединения типа Fef,(N,B)m.

При обработке нижележащихслоев, не содержащих отдельных боридов и соединений типа Ре, (N,B)j;,достигалось полное растворение навески.

Достигнутая растворимость первой навески с применением предлагаемой смеси кислот, составляющая 90-95%, в большинстве случаев обеспечивает высокую точность анализа по содержанию -азота с погрешностью ±5%, допускаемой при химических методах.

П р и м ер. Для проверки эффективности растворения азотсодержащих сталей и покрытий предложенной смесью кислот проводят опытное определение азота в стандартных образцах с содержанием азота 0,159%, а также послойное определение азота в поверхностных слоях армко-железа и сталей 38Х2МЮА, 40ХН2МА, Х12М, 7X3, подвергнутых бороазотированию - одновременному насыщению бором и азотом;.

При испытаниях стандартные образцы и.бороазотированные стали обрабатывают по следующему циклу операций:

элект1ролитическое снятие навески с поверхности образца (по известному способу);

растворение навески в водном расворе соляной кислоты при наг эевании

на водяной бане (по известному способу) ;

растворение нерастворившейся в водном растворе соляной кислоты навески в предложенной смеси кислот, . состоящей из 90-95% серной кислоты (1,88) и 10-5% фосфорной кислоты (1,7) с последующим выпариванием;

дистилляция с целью отгонки аммиака по известному способу;

Q титрование и расчет содержания азота (по известной методике) указанный комплекс операций проводится при определении азота в каждом слое толщиной 0,1-0,2 мм, последовательно

B- снимаемом с каждого образца. Результаты испытаний. В стандартном образце № С47 было установлено 0,149% азота, что отличалось на 5-6% от известного содер- жания (0,159%).

Количество и характер распределения азота в поверхностных слоях испытуемых сталей показано на кривых, построенных по результатам послойного определения (фиг.2).

5 Полученные концентрационные кривые позволяют рассчитать параметры диффузии азота и выбрать оптимальные условия насыщения для упрочнения деталей и инструмента, работающих в

0 различных условиях повышенного изнашивания.

С применением предлагаемой смеси кислот возможно послойное определение азота в поверхностных слоях бо5 роазотированных легированных конструкционных и инструментальных сталей. Контрольные опыты на образцах с известным содержанием азота показали стабильность и высокую точность,

0 анализа, включающего для растворения азотсодержащей навески предлагаемую смесь кислот. Вследствие практически полного растворения азотсодержащей навески предлагаемая смесь

кислот с содержанием(вес.%)серной

кислоты (1,84) до 90-95 фосфорной кислоты (1,7) - 10-5 существенно ускоряет и упрощает анализ.

Формула изобретения

Смесь кислот для растворения азотсодержащих материалов, включающая серную и фосфорную кислоты,преимущественно для последующего определения азота одним из известных методов, отличающаяся тем, что, с целью повышения полноты и селективности растворения сталей,

содержащих комплексные нитриды, смесь содержит серную и фосфорную кислоты при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Серная кислота 90-95

Фосфорная кислота 10-5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Клячко К).А. и др. Определение азота в твердом растворе.-Заводская лаборатория , 1966, I 3, с. 273-275.

2.Королева А.М; и др. Определение азота в порошковых сплавах на

никелевой основе. Сб. Металлургия Сер. Метгшловеденйе и термическая обработка. Минск, БПИ, 1973, с. 167169.

3. Генероэов Б.А. Определ« няе связанного аэота в сяожнолег«|рованных сталях.-Заводская лаборатория , 1947 (прототип).

//ЗЙ

м

гм

О /f|W«

в,1 0.2 ai М 9.5 ОЛ 9.1 Рееспюянче noffpxHwnw, Фи9,2