Способ масс-спектрального количественного определения водорода в твердых материалах

.Ы 2, 1711 А 1 1)5 Н 01,3 49/26, 6 01 й 33 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТЕНИ ПИСАНИЕ И КЯ ВИДЕТЕЛЬСТВ СКО Изобретение относится к физико-хими-. ческому анализу и может быть использова-. но в научных исследованиях, а также для контроля технологии в металлургии и сварке, в химической промышленности и других отраслях народного хозяйства,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения раздельного определения ижн ого фф ро эточ ного онн ется сле редлагаемый способ реалщим образом.з того же материала, что иобразец, изготавливаютнасыщают последнийьзуя, например, электрб. Затем определяют ном (например, хроматог И емый пию и испол С ПО.СО метод(2 1) 4709338/21 обеспечения раздельного определения (22) 26,06.89 диффузионно-подвижного и остаточного во- (46) 07,02.92. Бюл. М 5 . - дорода, Способ заключается в том, что об- (71)Институтэлектросваркиим, Е.О,Патона разец помещают в вакуумную камеру, (72) И,К,Походня, В,И.Швачко, В.Н.Упырь, бомбардируют его поверхность пучком ато- А.П.Пальцеаич, О,Д.Смиян и С.О.Антонов . мов или ионов, масс-спектрометрически из- (53)621.384(088.8), меряют ток вторичных положительных и (56) Шаповалов В.И., Трофименко В.В. Фло- отрицательных ионов, и отличается тем, что кены и контроль водорода в стали. М,: Ме- для раздельного одновременного или доталлургия, 1987. следовательного количественного опредеЙатаКе Топгц ТзмКаМозЫ Озапа,ЗЫаы лвния диффузионно-подвижного и ОЮаа, ОНЧ-АТОМА бече 1 орглептз апб остаточного водорода, повышения чувствиаррИзаг 1 оп 1 о Ьубгодеп бе 1 есбоп ".4 ар.А тельности анализа и упрощения способа Арр 1, Рпуз.1981, 20, Я 08, рр. 1541-1552. для анализа используют вторичные ионы воФизика твердого тела, 1968, 10, вып,12, дорода обоих знаков, а именно для анализа с,3713-3715. диффузионно-подвижного водорода - эмис- (54) СПОСОБ МАСС-СПЕКТРАЛЬНОГО КО- сиюотрицательныхионов Н;аостаточного- ЛИЧЕСТВЕННОГООПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДО- положительных ионов Н . При выполнении РОДА В ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛАХ количественных определений сначала изме- (57) Изобретение относится к физико-хими- ряют зависимость от времени тангенса угла ческому анализу и может быть использова-. наклона линейной части кривой )вт Щперв), но для контроля технологии в металлургии, затем интегрируют эту зависимость, по полсварке, химической промышленности, ученной интегральной величине судят о Целью изобретения является расширение количестве диффузионно-подвижного вофункционвльных возможностей за счет дорода,2 з.п.ф-лы.изменение со временем скорости выделения диффузионно-подвижного водорода и устанавливают аналитическое выражение полученной зависимости, позволяющее рассчитывать содержание диффузионноподвижного водорода в образце в любой момент времени и определить общее содержание его в образце. Образец-копию помещают в камеру вторично-ионного масс-спектрометра, очищают поверхность ионной бомбардировкой и измеряют зависимость вт = тОпврв) для вторичных ионов Н . Количество выбиваемых вторичных ионов данной массы й может быть представлено известной зависимостью 5 10 15 8+С +Рй +йп йод(0), где р - давление газа; А, 8, С, О - постоянные; йо - количество первичных ионов; 20 и - объемная концентрация частиц примеси в твердом теле, из которых выбиваются ионы данной массы; а - вероятность, выбивания ионов; (О) - коэффициент, учитывающий эк ранирующее действие частиц, находящихся на поверхности образца.При достаточно больших значениях йп первое слагаемое в приведенной выше формуле стремится к постоянному значению З 0 Ар/О, во втором слагаемом величина у-а 1, а зависимость й от йо представляет собой прямую линию, тангенс угла наклона которой пропорционален объемной концентрации частиц примеси в образце. Прэкти- З 5 чески определение зависимости й от йо означает измерение зависимости плотности тока вторичных ионов )вт от плотности тока первичного пучка перв Измеряя в разные моменты времени тангенс угла наклона 40 линейной части этой кривой для ионов Н, определяют зависимость величины тангенса от времени, интегрируют полученную зависимость, а затем интегральную величину сопоставляют с содержанием Ндиф, опре деляемым с помощью вышеупомянутого аналитического выражения зависимости скорости выделения водорода от времени. Выполнив такие измерения для образцов с различным содержанием Ндиф, строят гра дуировочную зависимость, которую затем используют при анализе образцов с неизвестным содержанием Н)диф. Этот анализ выполняют с той же последовательностью операций, как и в случае образца-копии; по верхность анализируемого образца очищают ионной бомбардировкой, определяют зависимость тангенса угла наклона кривой вт - 0 перэ) для ионов Н, интегрируют полученную зависимость, а затем по градуировочной зависимости определяют содержание Н 1 диф.Анализ остаточного водорода выполняют с использованием стандартных образцов. Для этого после очистки поверхностиобразца ионной бомбардировкой измеряютв одинаковых условиях тангенсы угла наклона линейной части зависимости 1 вт " т 0 перв)для вторичных ионов Н на стандартном ианализируемом образцах. Сопоставляя полученные величины, по известному содержанию остаточного водорода Н 1 ост встандартном образце определяют Иост ванализируемом образце.Конкретный пример реализации предлагаемого способа,Анализы выполнялись на установкеАЯфирмы "Рибар", Образцы,б б мми высотой 1,5 мм, изготовленные из сталиСт,З, насыщали водородом электролитически в 5 О -ном растворе серной кислоты сдобавлением тиосульфата натрия. Содержание водорода контролировали методом хроматографии и вакуум-плавления. Измеряяхроматографическим методом изменениескорости выделения диффузион но-подвижного водорода от времени, установили аналитическое выражение полученнойзависимости, которое позволяет рассчитатьсодержание диффузионно-подвижного водорода в данном образце в любой моментвремени и определить его общее содержание:о: 2 76 Зе,0151где О - содержание диффузионно-подвижного водорода в образце в см /100 г;1 - , время процесса десорбции в мин.Наводороженный образец помещали вкамеру установки 1 АЯ - 2000 и удаляли загрязнения с поверхности интенсивной ионной. бомбардировкой. Степень очисткиконтролировали по спектрам вторичныхионов. Наблюдения с помощью растровогоэлектронного микроскопа показали. что врезультате ионной бомбардировки образуется рельеф, свидетельствующий о распылении поверхности на глубину несколькихдесятых долей микрометра, что гарантировало полное удаление поверхностных загрязнений, Для получения вторичных ионовиспользовали первичный пучок ионов аргона. 8 разные моменты времени измерялизависимости плотности тока вторичныхионов Н от плотности тока первичного пучкаи определяли тангенс угла наклона линейной .части этих кривых, Полученную временнуюзависимость интегрировали графически и сопоставляли интегральную величину с количеством диффузионно-подвижного водорода,1711261 Составитель В. КудрявцевТехред М.Моргентал Корректор И.Муска Редактор И. Шулла Заказ 345 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб;, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 определяемого с помощью приведенной выше аналитической зависимости. По данным, полученным для образцов с разным содержанием Н)диф, строили градуировочную зависимость, которую затем использо вали при анализе образцов стали Ст;3 с неизвестным содержанием Н)диф. Нижний предел измерения содержания Н)уф предложенным способом оказался равным для использовавшейся аппаратуры 5.10 . 10 Методом вакуум-плавления определяли количество остаточного водорода и сопоставляли эту величину с тангенсом угла наКЛОНа ЗЭВИСИМОСТИ вт %перв) ДЛЯ ИОНОВ Н, 15 Нижний предел измерения содержания Ност оказался равным 5.10 з. Предлагаемый способ обеспечивает возможность раздельного, одновре менного или последовательного определения диффузионного и остаточного водорода с помощью одного и того же прибора, не требует образцов различного размера и формы. Чувствитель ность анализа выше, чем прииспользовании известных способов определения диффузионно-подвижного водорода, Для реализации предлагаемого способа нет необходимости использо вать сверхвысоковакуумную аппаратуру, что значительно упрощает и удешевляет анализ. Формула изобретения 1. Способ масс-спектрального количественного определения водорода в твердых материалах, заключающийся в том, что на исследуемую поверхность направляют первичный ионный пучок и измеряют ток вторичных положительных ионов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения раздельного определения диффузионно-подвижного и остаточного водорода, дополнительно измеряют вторичные отрицательные ионы, по току которых определяют диффуэионно-подвижныя водород, а остаточный водород определяют по току положительных ионов.2. Способ по п 1, о тл ич а ю Щи й с я тем, что при анализе неэлектропроводных материалов в качестве первичного пучка используют смешанный пучок, содержащий атомы и положительные ионы.3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что при определении диффузионноподвижного водорода по зависимости тока вторичных отрицательных ионов )вт от тока первичного пучка )перв измеряют тангенс угла наклона линейной части кривой 1 вт= 1 цперв), затем интегрируют зависимость тангенса угла наклона линейной части этой кривой от времени и по полученной ин 1 егральной величине судят о количестве диффузионно-подвижного водорода.