Спосіб визначення легуючих елементів у сталях та сплавах

Реферат: Спосіб визначення легуючих елементів у сталях та сплавах, що включає підготовку проби зі зливку, шляхом розчинення наважки стружки сплаву в суміші концентрованих кислот; нагрівання до повного розчинення проби; її охолоджування; перенесення в мірну колбу; введення електрохімічного буфера; доведення до риски дистильованою водою; перемішування і вимірювання резонансного поглинання електромагнітного випромінювання атомами елемента при розпиленні розчину проби в полум'я з використанням лампи, яка є селективним джерелом випромінювання атомно-абсорбційного спектрофотометра та кількісне визначення елемента. Для визначення кожного з легуючих елементів готують пробу у мірній колбі. Вимірювання його вмісту здійснюють на атомно-абсорбційному спектрофотометрі із ксеноновою лампою непереривного спектра високоінтенсивного випромінювання на довжині хвилі, яка характерна для елемента, що визначають. UA 78032 U (12) UA 78032 U UA 78032 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб належить до аналітичної хімії і може бути використаний для експресного визначення легуючих елементів у сталях та сплавах атомно-абсорбційним методом. Відомий спосіб визначення легуючих елементів у сталях та сплавах (Спектрофотометрическое определение иттрия в сплавах, содержащих никель, алюминий, хром. М. Н. Цунцаева, Т. И. Игнатьева, Заводская лаборатория. Диагностика материалов. №4, 2005. Том 71, С. 12-14), який включає: підготовку проби зі зливку, шляхом розчинення наважки стружки сплаву у водному розчині сірчаної кислоти, нагрівання розчину до видалення пару SO 3; додавання нітратної кислоти з нагріванням до повного розчинення проби; окислювання хрому, 6+ який є в цьому розчині, до ступеня окиснення Сr ; нейтралізацію розчину гідроксидом натрію; його кип'ятіння; витримку в теплому місті для коагуляції осаду та охолоджування; фільтрування осаду, який містив гідроксиди через фільтр "синя смуга"; промивку осаду холодною дистильованою водою; розчинення осаду гарячим розчином хлоридної кислоти на фільтрі і промивку фільтра гарячою дистильованою водою; охолодження розчину; перенесення його в мірну колбу; доведення до риски дистильованою водою; відбір аліквотної частини розчину та переливання її в стакан, додавання до нього розчину арсеназо III; розведення розчином хлоридної кислоти та перемішування; визначення кислотності розчину за допомогою рН-метра; кількісне перенесення розчину в мірну колбу і доведення до риски розчином хлоридної кислоти з рН-0,5; вимір поглинання розчину на фотоколориметрі, визначення вмісту ітрію за градуювальним графіком або методом добавок. Недоліками цього способу є: складна та довготривала схема визначення ітрію, необхідність виконання значної кількості операцій та використання значної кількості реагентів, що мають значну вартість, у тому числі арсеназо III, необхідність персоналу високої кваліфікації та контролю кислотності розчину за допомого рН-метра. Спільними ознаками з рішенням, що заявляється, є: підготовка проби зі зливку шляхом розчинення наважки стружки сплаву у водному розчині кислот; нагрівання до повного розчинення проби; його охолоджування; перенесення у мірну колбу; доведення до риски дистильованою водою; відбір аліквотної частини розчину в мірну ємність, перемішування; вимір поглинання розчину, визначення вмісту ітрію за градуювальним графіком або методом добавок. Відомий спосіб визначення легуючих елементів у сталях та сплавах (Атомно-абсорбційний метод визначення ітрію у сплавах, що містять нікол, алюміній, хром, ферум. Л.О. Омельянчик, Н. П. Синяєва, Л. Г. Курченко, О.В. Луганська; Вісник Донецького національного університету, Сер. А: природничі науки, 2009 р., вип. 1, С. 295-299.), що включає: підготовку проби зі зливку шляхом розчинення наважки стружки сплаву в суміші концентрованих хлоридній та нітратній кислот; нагрівання до повного розчинення проби; його охолоджування; перенесення в мірну колбу; введення електрохімічного буфера; доведення до риски дистильованою водою; перемішування і вимірювання резонансного поглинання електромагнітного випромінювання атомами елементу, що визначають, при розпиленні розчину проби в полум'я закис нітрогенуацетилен з використанням лампи з порожнистим катодом, яка є селективним джерелом випромінювання атомно-абсорбційного спектрофотометра; кількісне визначення ітрію за градуювальним графіком або методом добавок. Недоліками даного способу є: використання як джерело випромінювання лампи з порожнистим катодом, що є економічно недоцільним та трудомістким процесом, тому що вона є дорогим пристроєм з обмеженим терміном дії і потребує використання для аналізу кожного елемента відповідної лампи, неможливість оперативного визначення різних легуючих елементів з однієї наважки, що не дозволяє коригувати склад сплаву в процесі його отримання, а для визначення складових сплаву потрібно додатково використовувати інші методи контролю та значну кількість реагентів, що потребує приготування декількох проб і є довготривалим процесом, крім того, спосіб потребує врахування впливу матриці сплаву за спеціальними процедурами корекції фону, наприклад, ефекту Зеємана. Спільними ознаками з рішенням, що заявляється, є: підготовка проби зі зливку шляхом розчинення наважки стружки сплаву в суміші концентрованих хлоридної та нітратної кислот; нагрівання до повного розчинення проби; її охолоджування; перенесення в мірну колбу; введення електрохімічного буфера; доведення до риски дистильованою водою; перемішування і вимірювання резонансного поглинання електромагнітного випромінювання атомами елементу, що визначають при розпиленні розчину проби в полум'я закис нітрогену-ацетилен з використанням лампи, яка є селективним джерелом випромінювання атомно-абсорбційного спектрофотометра; кількісне визначення ітрію за градуювальним графіком або методом добавок. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб визначення легуючих елементів у сталях та сплавах, який шляхом дослідження проби за допомогою атомно 1 UA 78032 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 абсорбційного спектрофотометра з ксеноновою лампою непереривного спектра високоінтенсивного випромінювання дозволяє завдяки високій чутливості усунути вплив матриці сплаву, підвищити точність виміру, проводити одночасне селективне визначення легуючих елементів у широкому діапазоні з однієї наважки, коригувати склад сплаву в процесі плавки, підвищити експресність, точність та економічність методу. Суттєвими ознаками способу є: - підготовка матеріалу для аналізу шляхом розчинення наважки стружки зливку сплаву в розчині суміші хлоридної та нітратної кислот; - нагрівання розчину до повного розчинення проби; - його охолоджування до температури довкілля; - перенесення розчину проби в мірну колбу; - додавання до нього електрохімічного хлоридно-амонійного буфера; - доведення до риски дистильованою водою; - перемішування розчину; - підготовка проб у мірних колбах для визначення легуючих елементів; - розпилення проби в полум'я атомно-абсорбційного спектрофотометра; - вимірювання резонансного поглинання електромагнітного випромінювання атомами елементу, що визначають з використанням ксенонової лампи непереривного спектру на довжині хвилі, яка характерна для елемента; - кількісне визначення легуючого елемента за градуювальним графіком або методом добавок; Відмінними від прототипу ознаками є: - підготовка проб в мірних колбах для визначення легуючих елементів; - використання атомно-абсорбційного спектрофотометра із ксеноновою лампою непереривного спектра високоінтенсивного випромінювання на довжині хвилі, яка характерна для елемента, що визначають; Спосіб здійснюють таким чином: стружку проби зливку сплаву, яку відбирають стандартизованим методом, зважують, наважку стружки розчиняють у суміші концентрованих хлоридної та нітратної кислот, співвідношення кислот вибирають залежно від вмісту хрому у сплаві; нагрівають до повного розчинення проби; охолоджують до температури довкілля; переносять його в мірну колбу; додають до нього електрохімічний хлоридно-амонійний буфер; доводять розчин проби до риски дистильованою водою та перемішують; готують проби в мірних колбах послідовним розведенням для визначення елемента, що аналізують, проби перемішують та послідовно розпилюють у полум'я атомно-абсорбційного спектрофотометра; вибір типу полум'я залежить від температури атомізації елемента; визначають резонансне поглинання електромагнітного випромінювання атомами елемента, що аналізують з використанням ксенонової лампи непереривного спектру на довжині хвилі, яку вибирають калібровкою монохроматора при кожному вмиканні приладу за спектром неонової лампи; здійснюють кількісне визначення кожного елемента за градуювальним графіком або методом добавок. Саме використання атомно-абсорбційного спектрофотометра з ксеноновою лампою непереривного спектру високоінтенсивного випромінювання дозволяє з високою точністю встановлювати довжину хвилі для виміру кожного елемента, коригувати температурний режим полум'я та зону просвічування для окремого елемента методом оптимізації режиму горіння підбором співвідношення палива до окисника, крім цього, відсутня необхідність використовувати дейтерієву лампу та ефект Зеємана для усунення спектральних неселективних перешкод. Використання високоінтенсивного джерела випромінювання - ксенонової лампи наближує запропонований спосіб за чутливістю до способу електротермічної атомізації та дозволяє одночасно визначати з одного розчину легуючі елементи. Приклад 1 Відібрали стандартизованим методом стружку проби зливку сплаву № 1 на основі ніколу (СДП2), зважували наважку цієї стружки масою 0,5 г та поміщали її в конічну колбу ємністю 100 3 см і додавали суміші концентрованих хлоридної та нітратної кислот у співвідношенні 3:1 в 3 об'ємі 30 см ; нагрівали до повного розчинення наважки сплаву, розчин охолоджували до 3 3 температури довкілля, переливали розчин у мірну колбу ємністю 100 см ; додавали 5 см 20 % 3 розчину хлориду амонію та 1 см ; 4 % розчину хлориду калію, доливали водою до риски і перемішували, у результаті отримували вихідний розчин, цей розчин шляхом послідовного розведення розподіляли на аліквотні проби для визначення окремих елементів; пробу, яка була характерною для визначення заданого елемента, поміщали в мірну колбу, доводили водою до риски та перемішували, одержані розчини розпилювали в полум'я, температуру якого вибирали 2 UA 78032 U 5 залежно від режиму атомізації елемента; а довжину хвилі, яка характерна для елемента, що аналізували, вибирали калібровкою монохроматора при кожному вмиканні атомноабсорбційного спектрофотометра за спектром неонової лампи; визначали кількість кожного елемента за градуювальним графіком або методом добавок. Умови проведення аналізу наведено у таблиці 1. Таблиця 1 Умови проведення аналізу сплаву №1 № з/п 1. 2. 0,5/100-1/100 309,271 Ітрій 0,5/100 410,237 5. 20 Алюміній 4. 15 Хром Ферум Наважкарозведення, г/см3 0,5/100-1/100 0,5/100-1/100 3. 10 Елемент Нікол 0,5/100-1/100 346,165 Довжина хвилі Тип суміші газів поглинання, нм, 358,868 248,327 120-736 68-635 Зона просвічування полум'я, нм 4 6 245-472 5 315-589 6 68-635 4 Співвідношення палива до окисника, л/год. Ацетилен-повітря Ацетилен-повітря Ацетилен-закис нітрогену Ацетилен-закис нітрогену Ацетилен-повітря Приклад 2 Відбирали стандартизованими методами стружку проби зливку сплаву № 2 на основі Fe (X18H9), зважували наважку цієї стружки масою 0,2 г та поміщали її в конічну колбу ємністю 200 3 см і додавали суміші концентрованих хлоридної та нітратної кислот у співвідношенні 3:1 в 3 об'ємі 30 см ; нагрівали до повного розчинення наважки сплаву, розчин охолоджували до 3 3 температури довкілля, переливали розчин у мірну колбу ємністю 200 см ; додавали 5 см 20 % 3 розчину хлориду амонію та 1 см 4 % розчину хлориду калію, доливали водою до риски і перемішували, у результаті отримували вихідний розчин, цей розчин шляхом розведення розподіляли на проби для визначення окремих елементів; пробу, яка була характерною для заданого елемента поміщали в мірну колбу, доводили водою до риски та перемішували, одержані розчини розпилювали в полум'я, температуру якого вибирали залежно від режиму атомізації елемента; а довжину хвилі, яка характерна для елемента, що визначали, вибирали калібровкою монохроматора при кожному вмиканні атомно-абсорбційного спектрофотометра за спектром неонової лампи; здійснювали кількісне визначення кожного елемента за градуювальним графіком або методом добавок. Умови дослідження наведено в таблиці 2. Таблиця 2 Умови проведення аналізу сплаву № 2 № з/ п Наважкарозведення, г/см3 1. Хром 0,2/200-1/100 358,868 2. Манган 0,2/200-1/100 279,481 3. Нікол 0,2/200-1/100 346,165 4. Купрум 0,2/200-1/100 324,754 5. Алюміній 0,2/200 309,271 6. 25 Елемент Ферум 0,2/100-1/100 373,7 Довжина хвилі Тип суміші газів поглинання, нм, Ацетиленповітря Ацетиленповітря Ацетиленповітря Ацетиленповітря Ацетилен-закис нітрогену Ацетиленповітря Співвідношення палива та окисника, л/год. Зона просвічування полум'я, нм 120-736 4 68-635 6 68-635 4 68-635 4 245-472 5 68-635 6 Порівняльні результати визначення елементів у сплавах наведені у таблиці 3. 3 UA 78032 U Таблиця 3 Порівняльні результати вимірювання вмісту елементів у сплаві (n=10, р=0,95) Способи вимірювання, % мас. Атомно-абсорбційний Персульфадрібні наважки, г штучні тносрібний запропонований суміші 0,25 0,5 Хром 19,53±0,20 19,50±0,20 19,55±0,22 19,54±0,27 19,50±0,15 Ферум 0,15±0,01 0,15±0,01 0,16±0,02 0,15±0,01 Алюміній 12,30±0,21 12,30±0,20 12,27±0,15 12,34±0,22 Ітрій 0,36±0,01 0,36±0,01 0,35±0,01 0,34±0,01 Нікол 70,63±0,51 70,53±0,50 70,66±0,48 70,54±0,51 Хром 18,37±0,43 18,37±0,43 18,30±0,30 18,44±0,40 18,30±0,30 Манган 0,89±0,05 0,89±0,05 0,87±0,06 0,88±0,07 Нікол 9,26±0,24 9,26±0,24 9,18±0,22 9,23±0,25 Купрум 0,29±0,03 0,29±0,03 0,28±0,04 0,29±0,02 Ферум 71,11±0,54 71,11±0,54 71,00±0,60 70,98±0,56 Алюміній 0,21±0,01 0,20±0,01 0,19±0,01 Елемент, Проба % мас. Сплав №1 Сплав №2 5 Комплексонометричний Фотоколориметричний 12,31±0,21 70,70±0,51 9,18±0,23 71,00±0,65 0,16±0,01 0,35±0,01 70,54±0,45 0,87±0,06 9,23±0,25 0,29±0,03 0,20±0,02 Правильність результатів визначення легуючих елементів підтверджено атомноабсорбційним методом з використанням дрібних наважок та штучних сумішей, що імітували хімічний склад сплавів, та порівнянням їх із класичними хімічними методами. Таким чином, запропонований спосіб відповідає метрологічним параметрам арбітражних методів, він дозволяє здійснювати достовірний експрес-аналіз сплаву, одночасно визначати легуючі компоненти з однієї наважки та оперативно здійснювати контроль якості сплаву в процесі виплавки. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб визначення легуючих елементів у сталях та сплавах, що включає підготовку проби зі зливку, шляхом розчинення наважки стружки сплаву в суміші концентрованих кислот; нагрівання до повного розчинення проби; її охолоджування; перенесення в мірну колбу; введення електрохімічного буфера; доведення до риски дистильованою водою; перемішування і вимірювання резонансного поглинання електромагнітного випромінювання атомами елемента при розпиленні розчину проби в полум'я з використанням лампи, яка є селективним джерелом випромінювання атомно-абсорбційного спектрофотометра та кількісне визначення елемента, який відрізняється тим, що для визначення кожного з легуючих елементів готують пробу у мірній колбі, а вимірювання його вмісту здійснюють на атомно-абсорбційному спектрофотометрі із ксеноновою лампою непереривного спектра високоінтенсивного випромінювання на довжині хвилі, яка характерна для елемента, що визначають. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4