Способ определения газов в металлах и сплавах

(51) М. Кл,Й 01 й 7/16 Я 01 М 33/2 с присоединением заявки М Гаеударатаеннай комитет Сеаата Ининстреа СССР аа делам нзабретеннй н етнрмтнй5) Дата опубликования оп чия 1 7. 1 О. 77 ецов, Ю, А. Карпов, В, П, Романова и В, В. Орлов 2) Авторы ивобретеиия ФАю осударственный ордена Октябрьской Революцаучно-исследовательский и проектный инстиредкометаллнческой промышленности 71) Заявител(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОИ СПЛАВАХ ЕТАЛЛАХ 1ас ромышленности етод восстаноИзобретение относится к исследованию химических и физических свойств веществ, в частности к анализу материалов на содержание газовых примесей.Наиболее широкое распространение для определения газов в металлах и сплавах получили метод активации быстрыми нейтронами и метод восстановительного плавления в вакууме и инертном газе-носителе 1 ,Метод активации быстрыми нейтронами чаше всего используют для определения кислорода. Он основан на облучении пробы нейтронами с энергией 14 Мэв, При этом кислород активируется по реакции Оа (п,р) К . Далее производят измерение радиоактивности изотопа К, имеющего период полураспада, равный 7 сек.Достоинства метода - экспрессность, выполнение анализа беэ разрушения образца. К недостаткам метода следует отнести невысокую аб- О солютную чувствительность метода и необходимость использования сложной ядерно- физической аппаратуры.Широко применяется в пи научных исследованиях м 25 вительного плавления в вакууме. Методзаключается в вакуум-плавлении пробы вграфитовом тигле с последующим анализомэкстрагированных в процессе плавления газов, Этот метод позволяет сочетать высокую чувствительность и производительностьс простотой методик и аппаратуры, имеетвоэможность одновоеменного опоеделениякислорода, водорода и азота,Недостатком этого метода является получение заниженных результатов за счетпоглощения газов на возгонах при анализе материалов, обладающих повышеннойсорбционной способностью,Известен способ определения газов вметаллах и сплавах, включающий плавление образца в атмосфере инертного газаэкстракцию определяемых примесей из рплава с последующим анализом выделившихся газов 2.Использование этого способа позволяетсущественно снизить погрешности анализа,обусловленные погло 1 цением газов на возгонах, и упростить аналитическую аппаратуру и методику определения.30 Недостатками способа являются; высокаяпоправка контрольного опыта за счет примесей,содержащихся в инертном газе, и более низкая чувствительность газоанализатора, что снижает чувствительность анализав целом,Цель изобретения - повышение точностиопределения газов в металлах и сплавах,Цель достигается тем, что в предлагаемом способе плавление образца производят при пониженном давлении инертногогаза от 1 до 20 мм рт. ст.П р и м е р 1. Проводят анализ стандартного образца высокохромистой сталиСГ:04 Х 19 Н 9 с содержанием кислорода 50,01390,0005 на установке С 911 М 1,оборудованной дополнительными приспособлениями (системой напуска газа, манометроми др.) для определения углерода. После дегазации тигля и достижения поправки контрольно-э зго опыта 1 10 нсм за 5 мин при температурео1600-1650 С в печь напускают инертныйгаз аргон до давления 5 мм рт.ст, (перекачиваюший диффузионный насос отключен,манометр Мак-Леода отсоединен от системыс помошью стеклянного крана), Затем в тигель сбрасывают 10 г никеля в качествеванны, дегазируют 5 мин, затем сбрасываютобразец весом 0,5 г,Далее с помощью окислительной печи,наполненной окисью меди при температуре350 С, окисляют СО до СОи Н до Н 0ои замораживают образовавшиеся СО и Н Ожидким азотом в ловушке соединенной сокислительной печью, Через три минутыпосле анализа откачивают оставшиеся всистеме газы, заменяют на ловушке с СОи Н 0 сосуд Дьюара с жидким азотом наососуд с охлажденным до -80 С ацетономи измеряют давление СО в системе. В результате серии измерений был получен результат 0,013+0,001, что указывает на отсутствие значимых расхождений между паспортными данными эталона и полученнымрезультатом. Величина поправки холостогоопыта и ее колебания при работе по предложенному способу снижается примерно в10 раз по сравнению с анализом традиционзным способом (1+0,2) 10 нсм за 5 минпри 1650 Спосравнениюс (10,15) 10 нсмпри давлении аргона 1 атм.Благодаря этому предложенный способпозволяет повысить чувствительность определения кислорода в материалах с геттерными свойствами более чем в 5 раз ( с1-2 ф 10 вес, % до 2-4 10 вес, %.П р и м е р 2. Проводят анализ стандартного образца углеродистой сталиСГ-ст. 45 с содержанием кислорода 9 0,0032 0,0003 и азота с содержанием 0,0048+ 0,0002 на установке Эволограф 7 Нфирмы Гереус (ФРГ). После дегазации тигля и достикениу поправки контрольного опыта 1 ф 10 нсм за 5 мин. при температуре 1650 С в печь напускают аргон до давления 3 мм рт.ст., затем в тигель сбрасывают 5 г никеля в качестве ванны, дегазируют 3 мин, затем сбрасывают образец весом 0,8 г,Далее при включенном перекачивающем диффузионном насосе проводят хроматографический анализ выделившихся газов по обычной методике. Полученные данные (0,003+0,0005 вес % кислорода и 0,0046 +О, 0007 вес % азота) указывает на правильность результатов, определенных предложенным способом, Как и в предыдущем случае колебания поправки холостого опытазне превышают 0,2 10 нсм за 5 мин приотемпературе 1650 С. Чувствительность анализа при использовании предложенного способа лимитируется величиной поверхностных загрязнений и составляет для кислорода 2-410 вес, %, что более чем в 5 раз превосходит значение чувствительности для анализа при давлении инертного газа, равного 1 атм, Кроме того использование малых давлений позволяет снизитьо температуру экстракции на 100-150 С без увеличения времени анализа.Проведены опыты при граничных давлениях аргона 1 и 20 мм рт.ст, Аналитические показатели при этом почти сохраняются, Однако при давлении 1 мм рт,ст, из-за поглощения на возгонах в одном тигле можно анализировать не более 3-4 образцов, при давлении 20 мм рт,ст. увеличивается вдвое поправка контрольного опыта и в полтора раза время анализа. Оптимальным давлением аргона оказалось давление 3-8 мм рт.ст.Таким образом, снижение давления инертного газа в экстракционной печи до 1- 20 мм рт, ст. позволяет устранить недостатки известного метода плавления в инертном газе; снизить поправку контрольного опыта, использовать более простые и высокочувствительные газоанализаторы и в то же время сохранить все преимушества этого метода в части малого поглощения газов на возгонах и более простой аппаратуры.Предложенный способ позволяет повысить более чем в 5 раз чувствительность определения газов в металлах за счет снижения колебаний поправки контрольного опыта, упрощения методики (например, отказа от применения олова в качестве пассиватора при анализе сорбционно-активных металлов571737 Составитель А. ЖаворонковаРедактор С, Титова Техред М. Левицкая Корректор А. Лакида Заказ 3023/30 Тираж 1101 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набд. 4/5филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 хрома, марганца, ванадия, титана, РЗМ и т,п,), Способ может найти применение на заводах черной и цветной металлургии, а также на предприятиях - потребителях черных, цветных, редких металлов и их спла вов. формула изобретения Способ определения газов в металлах и 10 сплавах, включающий плавление образца в атмосфере инертного газа, экстракцию определяемых примесей из расплава с последуюшим анализом выделившихся газов, о т л ич а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения точности определения, плавление образца производят при пониженном давленииинертного газа от 1 до 20 мм рт.ст.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Сб, "Кинетика и термодинамика взаимодействия с жидкими металлами". М., "Наукаф,1974 ф с, 189-193,2. Сб. "Аналитическая химия редких металлов и полупроводников". Изд-во МДНТП,1970, с, 176.