Способ анализа химического состава чугуна и стали

 

Использование: изобретение относится к металлургии, а именно, к спектральному анализу чугуна и стали на вакуумных квантометрах в атмосфере аргона. Сущность изобретения: способ анализа химического состава чугуна и стали заключается в выборе аналитических линий анализируемых элементов и линий сравнения железа к ним. Выбор аналитических линий осуществляется по равенству коэффициентов поглощения К и проценту пропускания Т. Изобретение позволяет проводить количественный анализ входящих в сплавы химических элементов. 2 ил.

Изобретение относится к металлурги, а именно, к спектральному анализу чугуна и стали на вакуумных квантометрах в атмосфере аргона, позволяющему проводить количественный анализ входящих с сплавы химических элементов.

При количественном анализе химических элементов используется как один из методов, метод относительной интенсивности: отношение интенсивности линии анализируемого элемента к интенсивности линии сравнения элемента основы сплава, в данном случае линии железа.

Этот метод признается как более надежный и достоверный, чем анализ по абсолютной интенсивности линии анализируемого элемента, пропорциональной концентрации элемента в сплаве.

В большинстве случаев фирмы, выпускающие квантометры, руководствуются при подборе аналитических пар линий линий анализируемого элемента и линий железа к ним принципом их гомологичности с целью повышения точности и надежности анализа, например, проспекты фирмы ARL -модели 3460 и 3560.

Сущность принципа гомологичности заключается в равенстве потенциалов возбуждения выбранных пар линий, выращенных в электроновольтах. В этом случае колебания температуры плазмы источника возбуждения спектра не будут сказываться на величине относительной интенсивности линии анализируемого элемента и линии элемента сравнения, т.е. железа, что очевидно из нижеприведенных рассуждений: где J_э интенсивность аналитической линии анализируемого элемента J_Fe; A₁ и A₂ константы; C₁ и C₂ концентрации анализируемых элементов и основы; K' постоянная Больцмана; T температура К; e основание натурального логарифма 2,718.

В идеальном случае при E₂ E₁ выражение т. е. относительная интенсивность аналитической пары линий не зависит от колебаний температуры плазмы. На практике требование гомологичности не выполняется. Например, на ВАЗе в квантометре фирмы Шимадзу к двенадцати аналитическим линиям анализируемых элементов применяется лишь одна линия сравнения железа λ-2714A°. В этом случае говорить о соблюдении принципа гомологичности не приходится: потенциал возбуждения Feλ-2714A° равен 13,42 эv, а потенциалы возбуждения линий анализируемых элементов колеблются от 6,62 эv для Siλ-2124A° до 16,5 эv для Cuλ-2242A°.
При анализе химсостава чугуна на квантометре фирмы Шимадзу обнаружено явление, ответственное за перемещение аналитических графиков во времени. Это явление присуще квантометром других фирм. Причем смещение аналитических графиков для различных анализируемых элементов происходит в противоположных направлениях: для одних химических элементов относительная интенсивность во времени нарастает, а для других падает. Лишь для хрома λ-2677A° и Fe λ-2714A° отношение интенсивности остается постоянным во времени, т.е. нет необходимости рекалибровки аналитического графика, так как он не смещается с течением времени. Причина изменения относительной интенсивности заключается в том, что в результате эрозии материала анализируемого образца под воздействием электрических разрядов, продукты эрозии оседают на поверхности входной линзы квантометра, постепенно наращивая толщину слоя. Этот слой и нужно рассматривать как фильтр, взаимодействие которого с анализируемым излучением подчиняется закону Бугера, выражаемому формулой
J J₀·e^-kd,
где J излучение, прошедшее через загрязненную линзу;
J₀ излучение, прошедшее через чистую линзу;
k коэффициент поглощения, характерный для данной длины волны;
d толщина слоя загрязнения;
e основание натуральных логарифмов 2,718
Эта формула была использована для определения коэффициентов "К" для разных длин вол химических элементов, используемых в анализе. Причем в данном эксперименте величина d толщина поглощающего излучение слоя была приравнена к единице. Одновременно был вычислен процент пропускания поглощающего слоя, выступающего в качестве фильтра, для разных длин волн анализируемых элементов:

где J_э интенсивность длины волны анализируемого элемента.

Это обнаруженное явление легло в основу заявляемого способа анализа химического состава чугуна и стали, сущность которого заключается в том, что выбор аналитических линий элементов и линий железа к ним осуществляется по равенству их коэффициентов К и Т. Заявляемый способ позволяет повысить точность и надежность анализа, уменьшить потребность в спектральных эталонах.

На фиг. 1 представлен аналитический график для анализа хрома, построенный по результатам съемки двух комплектов спектральных эталонов чугуна NN 18 и 51 21.09.92 г. и 18.02.93 г. а также результаты анализа на содержание хрома трех эталонных образцов чугуна Венгерской фирмы Васкут.

На фиг. 2 построен график на С.

Анализы с использованием заявляемого способа полностью совпадают с паспортными данными на хром фирмы Васкут. Эти результаты получены в марте 1994 г. по графику, построенному 21.09.92 г. Аналогичным образом на ВАЗе построены графики для других химических элементов.

На основе заявленного способа фирма-изготовитель квантометров изготавливает их, определяет количество химических элементов в программе для анализа сталей и чугунов разных марок, выбирает длины волн определяемых элементов и железа.

Заявленное техническое решение целесообразно запатентовать в Великобритании, США, Японии, Голландии, в связи с чем следует воздержаться от открытой публикации изобретения в печати до соответствующего разрешения заявителя.

Формула изобретения

Способ анализа химического состава чугуна и стали на вакуумных квантометрах в атмосфере аргона, заключающийся в выборе аналитических линий анализируемых элементов и линий сравнения железа к ним, отличающийся тем, что выбор аналитических линий осуществляют по равенству коэффициентов поглощения К и процентов пропускания Т, где К коэффициент поглощения и Т процент пропускания поглощающего слоя, образованного продуктами эрозии материала анализируемого образца, осевшими на поверхность входной линзы квантометра, характерные для данной длины волны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2