Способ определения содержания углерода и азота в металлах и сплавах

ОЛ ИСАЙИЕ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 30,12,77(21) 2564050/18-25 (51)М. Кл. с присоединением заявки Ио С 01 И 25/14 Гоеударствеииый комитет СССР ао делам изобретений и открытий(72) Авторы ИЗОбретЕНИЯ Ю.А. Карпов, К.Ю. Натансон, О.В. Завьялов и П,Н. Петров Государственный ордена Октябрьской Революции научно(7 Заявитель ис следовательский и проектный институт редкометаллическойпромышл ен н ости(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА И АЗОТА В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХИзобретение относится к области аналитической химии, в частности к способам анализа металлов и сплавов на содержание в них газообразующих примесей.Известен способ определения углерода в металлах методом сожжения навески во взвешенном в электромагнитном поле состоянии в токе кислорода или его смеси с гелием с последующим хроматографическим анализом выделившегося углерода в виде СО 1.Известен способ определения азота в металлах, заключающийся в расплавлении анализируемого образца в вакууме в нейтральной среде - в корундовом тигле с безуглеродистым никелевым расплавом, экстракции азота из расплава и количественном его определении 2. 20Благодаря малой попр ав к е к он троп ьного опыта и отсутствию графитовой корки удается повысить чувствитепьность определения азота до 1 10 масс% дпя различных металлов и сплавов.Однако зти способы определения углерода и азота отличаются недоста.точно высокой чувствительностью, которая ограничивается влиянием поверхностных загрязнений образца на результаты анализа, составляющим дляазота 0,02-1,3 юг/см, что в пересчете для навески 1 г составляр, например, для молибдена (1 - 3) 10 масс.Ва для титана (3-7) 10 - масс,В.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ определения углерода,заключающийся в расплавлении анализируемого образца в вакууме в расплаве (ванне) другого материала, например никеля, насыщенного кислородом, экстракции углерода из расплавав виде окиси углерода, образующейсяпри взаимодействии углерода, содержащегося в анализируемом образце с кислородом ванны, и количественном определении окиси углерода с помощьюгазоанализатора 3,Способ позволяет производить анализ широкого круга материалов, чувствительность определения углерода составляет до 5 10 масс.В.Недостаткомспособа является ограничение чувствительности влиянием поверхностных загрязнений образца на результат определения углерода в объеме образца,составляющее 0,06-7 мкг/см , что впересчете для навески 1 г составляет,например,для молибдена ( 3-5 ) 10 масс.%,Формула изобретения аж 1090 Подписное род ул Проектная 4 а для титана (5-9) 10 масс.Ъ.Целью изобретения является повышение чувствительности определения углерода и азота в материалах за с чет удаления углерода и .азота с поверхности анализируемого образца. 5Дл я эт ого обра з ец перед ан али з ом окисляют при давлении кислорода 450- 500 мм рт.ст. и температуре 700-900 С в течение 3-5 мин.Эк спери ментально (путем сн яти я 10 кинетических кривых процесса окисления) установлено, что при давлениях кислорода 450-500 торр, с одной стороны, обеспечивается быстрое и полное удаление всех поверхностных заГрязнениис друГОЙ стороны 7 при этом не наблюдаются разрушения образца или экстракции растворенных углерода и азоса.ОТемпература (700-900 С) дает воз-. можность окислить органические и внесенные извне неорганические загрязнения и позволяет избавиться от поверх - ностных карбидов и нитридов. При температуре меньше 700 С скорость процесса незначительна (см. пример 1), в связи с чем неоправданно увеличивается время анализа и к тому же возможно неполное удаление углерода и азота с поверхности металла, При темапературе более 900 С скорость реак- З 0 ции значительно увеличивается и зат - рудняет надежное разделение поверхностных углерода и азота от объемных при значительных выдержках времени(более 5 мин), поэтому время экспо зиции ограничено 3-5 мин.После окисления образцы, находящиеся в загрузочном устройстве анализатора, практически не сорбируют ,углерод - и азотсодержащие соедине ния,так как покрыты слоем более ак -тивного кислорода и нислородсодержаших соединений.Кроме того, процесс окисления поверхности образцов может быть сов - мещен во времени с процессом насыщения ванны кислородом (при определении углерода), что позволяет не снижать производительности установки.П р и м е р 1. Проводили три опре-;/ЗУделения углерода в образце кремнияна установкеГиредмет -С 911 М ,состоящей из экстракционной части с . загрузочным устройством из кварца иан али ти че ск ой части, с оеди н енн ой смасс-спектрометром МХ, В корундОвый тигель пОмешали 20 Г никеляи 2,5 г железа в качестве материалаванны. После расплавления ванны(-1500 С) в вакууме напускали вэкстрационную часть установки кисло Ород до давления 500 торр и одновременно окисляли образец в атмосфереЦЯИИПИ Заказ 545 1/44 ТирФилиал П 11 ППатентг. Ужго этого кислорода, нагретого в загру" зочном устройстве с помощью печи сопротивления до температуры 500 С - 20 мин (первое определение), 850 С - 10 мин (второе определение), 1100 С - 5 мин (третье определение) . При этом глубина окисления, определяемая по цветовому методу, составляла величинуо100,500,1000 А соответственно. Затем выделившиеся газы и кислород откачивали вначале форвакуумным насосом, а потом ртутным диффузионным насосом для установления величины фона (О 6-%Р 1,8) 10 масс. за 1 мин в расчете на навеску 1 г.Далее в ванну сбрасывали образец кремния массой 0,5 г и проводили регистрацию выделившейся окири углерода. Содержание (30,2) 10 масс.Ъ. При анализе аналогичного образца кремния по известному способу (без окисления поверхности) результат равен (1,6-0,5) 10 масс.Ъ, что свиде+ (тельствует о том, что величина поверхностных загрязнений кремния на. - ходится на уровне 1,3 10масс.%.Предлагаемый способ позволяет повысить чувствительность как метода окислительного плавления для определения углерода, так и метода нейтрального плавления для определения азота.При этом чувствительность определения углерода повышается в 5-8 раз, а азота в 2-5 раз. Чувствительность предлагаемого способа составляет не менее 5 10 масс.Ъ при определении углерода и не менее (1 -2) 10 масс .Ъ, при определении азота для навески 1 г при расчете по удвоенному стандартному отклонению результатов ана- ф лиза. Способ определения содержания углерода и азота в металлах и сплавах,заключающийся в расплавлении образцав вакууме, экстракции определяемогоэлемента из расплава и последующемколичественном его определении, о тл и ч а ю щ и й с я тем что сцелью повышения чувствительности определения, образец перед анализомокисляют нри давлении кислорода 450500 мм рт.ст. и температуре 700-900 Св течение 3-5 мин.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Журнал аналитической химии,1976, т. 31, вып. 4, с. 715.2. Журнал аналитической химии,1974 т. 29, вып, 8, с. 1620.3. Сборник Кинетика и термодинамика взаимодействия газов с жидкими металлами, М., "Наука, 1974,с, 182 (прототип) .