Способ выявления степени гетерогенности материалов

(53) УДК 621,386 (088.8) Опубликовано 15.09.82. Бюллетень 34Дата опубликования описания 25.09.82 йв ленам нзобретеннй н аткрмтнй(54) СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ГЕТЕРОГЕННОСТИ МАТЕРИАЛОВ1Изобретение относится к рентгеновским методам контроля степени гетерогенности материалов и может быть использовано при контроле технологии в производстве материалов сложной композиции, получаемых путем смешивания исходных компонентов. При этом качество готовой продукции во многом определяется однородностью (гомогенностью) получаемого материала. В материаловедении для обнаружения гетерогенности материалов используются различные физических методы, позволяющие получить информацию о распределении компонентов или химических элементов в исследуемом материале. К этим методам могут быть отнесены исследование поверхности анализируемого материала с помощью оптического или электронного микроскопа, локальный спектральный или рентгеноспектральный анализ 1 и 2). Известные способы выявления неоднородности носят локальный характер, относятся непосредственно к исследуемому образцу и не позволяют сделать вывод по всему материалу в целом. 2Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ выявления степени гетерогенности материалов, основанный на возбуждении и измерении интенсивностей рентгеновского характеристического излучения химических элементов исследуемого материала. Это способ основан на определении концентрациЙ химических элементов в различных точках локального участка образца исследуемого материала по их характеристическому рентгеновскому излучению, возбуждаемому электронным пучком 31.Однако этот способ малопроизводителен,что связано со сложной и длительной подготовкой образцов и необходимостью в про ведении многочисленных измерений в различных точках большого числа образцов, без чего невозможно сделать вывод о степени неоднородности исследуемого материала в целом, и требует сложной аппаратуры и выгпсококвалифицированного обслуживающего персонала, Из-за указанных недостатков данный способ используется, как правило, только для научных исследований и практически непригоден для массового экспрессного контроля, когда необходимо опре3дслять степень гетсрогенности больших количеств сырьевых материалов радиокерамики, ферритов, люминофоров, материалов поропковой металлургии, гомогенность которых во м.игом определяет качество и надежность .хловых изделий.5Целью изобретения является повышение производи гельности ипошен ие ап ализа.Ука;анния цель дости ается тем, что согласно способу, основанному на возбуждении и измерении интенсивностей рентгеновского характеристического излучения хими ческих элементов исследуемого материала, определяют арбитражным методом химический состав ряда проб исследуемого материала. отбирают пробы, различающиеся по химическому составу, приготовляют, по край 15 ней мере, по два параллельных вторичных рентгеновских излучателя из каждой отобранной пробы, возбуждают и измеряют интенсивности рентгеновского характеристического излучения от излучателей, определяют воспроизводимость результатов изме рений по параллельным излучателям и по значимости средне-квадратичного расхождения измеренных и рассчитанных по данным арбитражного метода интенсиновстей по отношению к воспроизводимости резуль 25 татов измерений судят о степени гетерогенности исследуемого материала.Предлагаемый способ основан на наличии очень высокой корреляции между измеренными,и рассчитанными по теоретическим формулам интенсивностями линий для гомогенных образцов, нарушение которой обусловлено лишь ограниченной воспроизводимостью подготовки излучателей и измерения интенсивностей. В случае гетерогенных материалов, содержащих области, отличающиеся по составу, размер которых З 5 соизмерим или превосходит глубину проникновения рентгеновского излучения в среде, интенсивность характеристического излучения зависит уже не только от среднего состава образца, но и от состава фазы, со 40 держащей контролируемый элемент, и коррелляция между измеренными и рассчитанными по среднему составу образцов интенсивностями нарушается. Таким образом, если исследуемый материал гетерогенен, дисперсия относительно линии регрессии из меренных и рассчитанных интенсивностей значима по отношению к дисперсии результатов измерения параллельных излучателей. Так как глубина проникновения рентгеновского излучения в среде зависит от50 длины волны, проводя измерения рентгеновского характеристического излучения для аналитических линий различных элементов с последующим расчетом, можно получить количественные характеристики неоднородности и судить о степени гетерогенности 55 материала. Пример, Проводят исследования степени неоднородности аглоруд, измельченных в мельнице НЯМ - 100 в ступке из карбида вольфрама в присутствии этилового спирта. Арбитражным методом определяют химический состав ряда проб исследуемого материала и отбирают 15 проб, различающихся по химическому составу. Из каждой отобранной пробы приготавливают прессованием по два параллельных излучателя. С помощью рентгеновского многоканального спектрометра СРМ - 18 возбуждают и измеряют интенсивности линий характеристического излучения Яй, и ГеК,. По данным арбитражного метода анализа для условий возбуждения спектрометра СРМ - 18 рассчитывают интенсивности тех же линий.Для контроля те же операции проводят для излучателей, приготовленных оплавлением проб с тетраборатом лития.Полученные результаты (дисперсия между рассчитанными и измеренными интенсивностями 6 и дисперсии воспроизодимости измерений по параллельным излучателямб) для линий 51 Ки ГеК., прессованных и сплавленных излучателей приведены в табл. 1.Там же приведены степени свободы и,/п 2, отношения дисперсий 6 /д и табличные значения критерия Фишера,Из табл. 1 следует, что в сплавленных излучателях гетерогенность не выявлена. В исходных пробах, когда излучатели подготовлены прессованием, гетерогенность обнаружена только по линии ЯК. Учитывая, что средняя глубина проникновения излучения 51 К составляет 2 мкм, а излучения ГеК. 15 мкм, можно заключить,что размер неоднородностей в исследуемом материале находится между указанными пределами.Предложенный способ выявления степени гетер о ген ности материалов является более высокопроизводительным, простым и дешевым по сравнению с известным.Сравнительные характеристики предлагаемого способа и прототипа представлены в табл. 2.Как следует из табл. 2, предложенный способ выявления степени гетерогенности материалов в 6 раз экспресснее и в 7 раз дешевле способа-прототипа.Предложенный способ позволяет использовать для анализа простой рентгеновский спектрометр (стоимость вместе с ЭВМ 120 тыс. руб) вместо сложного рентгеновского микроанализатора (стоимость 400 тыс, руб), Кроме того, заявленный способ в отличие от прототипа позволяет проводить интегральную оценку неоднородности для всего материала в целом, а не его отдельных образцов.958934 Таблица 1 Способ подготовки излучателей Прессова- Оплавление ние Прессо- Оплавлевание ние Показатели 0,0045 0,13 0,04 0,019 0,.02 48 4 12/1 3 12/12 0,005 0,003 0,0035 2,8 1,65 п 1/пг 13/12 13/13 4,2 4,2 гтабл /П 1/П 2 Таблица 2 ч, стоимость, Р Операции, длительность,ПолнаястоиПолноевремя Измерение Определение химиРасчет Подготовкаизлучателей Способ анализа мость интен- сивнос значимос ческого состава анализа ти ти 0 5 Предложенный 05 30 150 80 30 10 30 20 160 1181 109060 1000 30 Прототип формула изобретения хождения измеренных и рассчитанных по данным арбитражного метода интенсивностей по отношению к воспроивзодимости результатов измерений судят о степени гетерогенности исследуемого материала. 35Способ выявления степени гетерогенности материалов, основанный на возбуждении и измерении интенсивностей рентгеновского характеристического излучения химических элементов исследуемого материала, Источники информации,отличающийся тем, что, с целью повышения40принятые во внимание при экспертизе производительности и упрощения анализа, 1. Закасовский Г. В.,федорова П. М. Безопределяют арбитражным методом хими- дисперсионный рентгенофлуоресцентный лоческий состав ряда проб исследуемого ма- кальный анализатор. Сб. Аппаратура и метериала, отбирают пробы, различающиеся тоды рентгеновского анализа, Л., Маши- по химическому составу, приготовляют, по 45 ностроение, вып. 17, 1975, с. 91 - 85.крайней мере, по два параллельных вторич. ТЬа 1 сег 1. Ф.,СагпрЬе 1 Ж. 1. Нцогезных рентгеновских излучателя из каждой сеп 1 Х-гау Ярес 1 годгарйс РгоЬедез 1 дп апд отобранной пробы, возбуждают и измеряют Арр 1 са 11 опз 1.1.5. Рер. о 1 1 Ье 1 п 1 ег 1 ог Вцинтенсивности рентгеновского характерис- геац о 1 М 1 пез . Кер. от 1 пчей 1 да 11 опз 5500, тического излучения от излучателей, опре, р. 23.деляют воспроизводимость результатов из. Электронно-зондовый микроанализ. мерений по параллельным излучателям и Под ред. И. Б. Боровского. М Мир, по значимости средне-квадратичного рас, с. 191 в 1 (прототип).Составитель Е. КоховРедактор М. Дылын Техред А. Бойкас Корректор Ю. МакаренкоЗаказ 6775 Б 8 Тираж 887 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений н открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 415Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4