Способ изготовления образцов легкоплавких металлов с микропримесями для метрологической оценки методов анализа

 

Изобретение относится к облас- , ти аналитической химии, в частности ,к способу изготовления литых металлических образцов с заданньм содержанием микропримесей, и может быть Успользовано для оценки метрологических характеристик химико-спектральных, масс-спектральных и других методов определения примесей в соответствующих металдйх высокой частоты, Цель изобретения - упрощение и ускорение способа. Изобретение осутцествляют следующим образом. Готовят шихту из трех компонентов, В качестве первого компонента берут основной металл особой чистоты с йзвестным содержанием ряда примесей на уровне 10 -10 %. В качестве второго компонента берут основной металл, примеси в которьш вводят электролизом расплавленной соли (например, хлорида) основного металла, при этом основной металл сллокит катодом. Предварительно устанавливают коэффициенты распределения примесей между электролитом и катодом при определенных условиях электролиза. Каждую примесь вводят в электролит в виде соли в количестве, соответств тощем рассчитанной концентрации в компоненте шихты и установленному коэффициенту распределения, В третий компонент примеси вводят прямым сплавлением металлов (этот метод относится к тем примесям, которые не могут быть вне- ; д;ены электролизом из-за текучести их хлоридов и хорошо растворимы в основном металле), Компоненты оплавляют в кварцевой вакуумированной ампуле и быстро охлаждают. 10 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ping G 01 N 1/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4003716/31 — 02 (22) 19. 11.85 (46) 07.08 ° 87. Бюл № 29 (71) Новосибирский государственный университет им. Ленинского комсомола и Институт неорганической химии

C0 AH СССР (72) И.P. Шелпакова, А.З. России, С.В. Ковалевский, Н.Д. Миро она, О.И. Щербакова и В.Н. Любимов (53) 621.371.1(088.8) (56) Плинер Ю.Л., Стенин В.В., Устинова В.И. Стандартные образцы металлических материалов. М.: Металлургия, 1976, с. 57-64, Авторское свидетельство СССР № 1006968, кл. G 01 N 1/28, 1981. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ

ЛЕГКОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ С МИКРОПРИМЕСЯМИ ДЛЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ МЕТОДОВ АНАЛИЗА (57) Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к способу изготовления литых металлических образцов с заданным содержанием микропримесей, и может быть использовано для оценки метрологических характеристик химико-спектраль ных, масс-спектральных и других методов определения примесей в соот„,SU«i 28734 А1 ветствующих металлах высокой частоты.

Цель изобретения — упрощение и ускорение способа. Изобретение осуществляют следующим образом. Готовят шихту из трех компонентов. В качестве первого компонента берут основной металл особой чистоты с известным содержанием ряда примесей на уровне 10 -10 8 7.. В качестве второго компонента берут основной металл, примеси в который вводят электролизом расплавленной соли (например, хлорида) основного металла, при этом основной металл служит катодом. Предварительно устанавливают коэффициенты распределения примесей между электролитом и катодом при определенных условиях электролиза. Каждую примесь вводят в электролит в виде соли в количестве, соответствующем рассчитанной концентрации в компоненте шихты и установленному коэффициенту распределения. В третий компонент примеси вводят прямым сплавлением металлов (этот метод относится к тем примесям, которые не могут быть вве-, дены электролизом из-за текучести их хлоридов и хорошо растворимы в основном металле). Компоненты оплавляют в кварцевой вакуумированной ампуле и быстро охлаждают. 10 табл.

50

С вЂ” С /К, 1

13?873

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способу изготовления литых металлических образцов для оценки метрологических

5 характеристик химико-спектральных, масс-спектральных и других методов определения примесей в соответствующих металлах высокой чистоты.

Цель изобретения — упрощение

10 и ускорение способа изготовления образцов легкоплавких металлов с заданным содержанием микропримесей.

Способ осуществляют следующим образом. 15

Пример 1. Готовят образец кадмия, содержащий примеси в концентрациях, приведенных в табл. 1.

Имеется образец высокочистого кадмия с содержанием С примесей, приведенным в табл. 2 °

Этот образец служит компонентом 1 шихты и одновременно основой для приготовления компонентов 2 и 3, которые готовят введением примесей в основу, Концентрации висмута, магния, алюминия и марганца в основе близки к требуемой концентрации этих примесей в образце, который требуется получить, концентрации остальных при- 0 месей ниже требуемого уровня, поэтому их необходимо ввести в основу. Введением примесей хрома, меди, железа, индия, никеля, свинца, олова, цинка и серебра электролизом получают ком35 понент 2, примесей золота и сурьмы сплавлением — компонент 3. Навески компонентов в шихте выбирают следующие: кадмий 1 200 r, кадмий 2 1 r, кадмий 3 0,1 г. 4

Для расчета концентрации С примесей в компоненте 2 используют формулу С = 200 (С-С,), где С вЂ” заданная койцентрация примеси в целевом образце.

Расчетная концентрация примесей в компоненте 2 приведена в табл. 3.

Компонент 2 получают введением примесей в образец-основу электролизом расплавленного хлорида кадмия, содержащего хлориды соответствующих металлов-примесей. Концентрацию хлорида каждой примеси в з .ктролите (CdCl ) рассчитывают по формуле где С вЂ” расчетнан концентрация примеси в компоненте У 2;

4 2

К вЂ” коэффициент распределения примеси между электролитом и катодом при плотности тока йа электродах 0,25 А/см и времени электролиза 20 ч.

Величина К установлена в предварительных экспериментах и приведена в табл. 4.

Расчетная концентрация примесей

С,.„ в электролите приведена в табл.5.

Электролит (хлорид кадмия) синтезируют путем гидрохлорирования кадмия Кя 0000 хлористым водородом. В электролит вводят примеси в виде хлоридов их металлов. В табл. 6 приведены навески хлоридов.

Электролиэ проводят в электролизере из плавленного кварца особой чистоты при 580 С. Загрузка, r: анод

24 (кадмий Kg 0000), электролит (CgCl ) 30, катод Kg 0000), 4. Время электролиза 20 ч.

Ф

Компонент 3 готовят сплавлением навесок золота к сурьме с навеской образца-основы.. Расчетная концентрация примесей в компоненте 3 приведена в табл. 7.

Компонент 3 готовят сплавлением

80 r кадмия-основы с навесками золота (0,8 мг) и сурьмы (1,6 мг) в квар- цевой ампуле, покрытой пироуглеродом. Ампулу загружают рассчитанными количествами кадмия Kg 0000, золота и сурьмы, откачивают до остаточного давления 1.10 " мм рт.ст., нагревают до 350 .С и перемешивают полученный расплав в течение суток вращением ампулы. Ампулу охлаждают водой и от полученного слитка кадмия берут

0,.1 r в качестве компонента 3 шихты.

Целевой образец получают сплавлением компонентов шихты, r Cd 1

200, Cd 2 1 0 и Cd 0,1 в кварцевой ампуле, покрытой пироуглеродом.

Ампулу вакуумируют до давления

1 ° 10 " мм рт.ст, нагревают до 350 С, выдерживают расплав при этой температуре в течение суток при перемешивании вращением ампулы, затем быстро охлаждают водой. В результате переплавления и кристаллизации шихтового материала получают образец в виде слитка массой 201,1 r.

Содержание примесей приведено в табл. 8.

Пример 2. Готовят шихту для получения образца олова с примесями

Mg, Са, Cr, e, Cu, Zn, As, Al, Ag, Сг

С эл К

Таблица 1

Примесь Au Bi Cr Cu Fe In Ni Pb Sb Sn Zn Ag Mg Al Mn

Содержание, С 10, мас. 5

2 2 30 5 10 6 30 10 10 10 1,5 15 2 0,35

13287

Cd, Sb, Au, Pb u Bi в интервале кон-. центраций 10 4 -10 мас. .

Методика приготовления шихты аналогична методике по примеру 1. В один из компонентов шихты вводят примеси

Ng, Са, Cr, Fe, Мп, Cu, In, As, Al электролизом расплавленного БпС1 содержащего указанные примеси в виде соответствующих хлоридов.

Условия электролиза: температура

250 С, плотность тока на электродах

0,25 А/см . Количество примесей вво2 дят в соответствии с заданной концентрацией примеси в компоненте шихты с учетом коэффициента распределе- . ния между электролитом (SnCl>) и катодом (Sn), значения которого приведены в табл. 9.

Примеси Ag, Cd, Sb, Au, Pb u Bi вводят в другой компонент шихты сплаво лением металлов при 280 С и остаточном давлении 5 .10 " мм рт.ст.

Сопоставление расчетного содержания примесей в полученном образце с результатами искрового масс-спектрального анализа, приведенное в табл. 10, дает удовлетворительное совпадение.

Предлагаемый способ позволяет получить образцы с концентрацией микропримесей на уровне 10 4 -10 Mac. .

По известному способу не менее

10 мас. для кадмия и 10 мас. для олова), обеспечивает возможность введения любых заданных металлодоба35 вок (эксперименты проведены на 15 примесях), тогда как известный — только

4-6 добавок).

Способ обеспечивает надежность, точность введения примесей (по извест34 ным способам возможны неточности за счет ликвидации и летучести при плав лении), прост по технологии (по известному способу — трудности введения примесей, слабо растворимых в основном металле).

Способ ускорен за счет сокращения количества операций повторного разбавления для получения образцов с нужными концентрациями примесей.

Формула изобретения

Способ изготовления образцов легкоплавких металлов с микропримесями для метрологической оценки методов анализа, включающий приготовление шихты из образцов с известным содержанием примесей и ее плавление, отличающийся тем, что, с целью упрощения и ускорения способа, примеси в один из компонентов шихты вводят электролизом расплава соли основного металла и металловпримесей, концентрацию которых рассчитывают по установленным экспериментально коэффициентам распределения примеси между электролитом и металлом-катодом по формуле где С,„ — концентрация введенных примесей в электролите;

С вЂ” заданная концентрация при2 месей в металле;

К вЂ” коэффициент распределения примеси между электролитом и металлом-катодом.

1328734

Таблица 2

Примесь Au Bi Cr Cu

Ni Pb Sb Бп Zn

Mg Al Mn

Fe In

Таблица 3

Примесь и В . Ск

In Ni Pb

Содержание, мас.Ж а1,5 10 1,9 10 4.10 2*10 2 10 1,8 10 8 -10 2 10

Примесь

Al

Sn Zn

Ag Mg

Содержание, мас.Ж 41,5.10 2 10 4 2 .10 2 .10 1,5 10 2 .10 0,35 10

Таблица 4

Cu Zn

Примесь

Pb Ag Sn

4.10

8 10 4-10 1,4-10" 1,4 10

Примесь

In

3,4 10 " 2,3.10 9 -10

Содержание, < ° 1 0-1

: мас.Х ñ1,5 1,9 (2 20

4 1 2 20 c1,5 <3 (1 0,5 15 2 0,35

Содержание примесей С, мас.й

Cu Fe

1328734

Т а б л и ц а 5

Примесь Cr

Ni Pb

Cu Fe

Zn

Содержание, X 4,. 4 10 Ф 2 .10-4 5 -10 3 5, 3. 10 " 3 5 10-" 5 10-4 4,5 10 2 5 - 10- 1,4 - 10 Ч

Таблица 6

Хлорид СйС1 FeCI< CuCI ZnC1< РЪС1 AgC1 SnC1< ZnC1 NiC1 СгС1>

Навеска, r 600 0,030 0,012 0,020 0,0030 0,0012 0,0030 0,0030 0,0030 0,0030

Таблица 7

Примесь Au Bi Cr Cu Fe

In Ni РЪ Sb Sn Zn Ag Mg

Al Mn

Содержание

С;1О, мас.Ж 1 10 1,9 с2 20 4

Таблица 8

Примесь Au Bi Cr Cu Fe In Pb Sb Sn Zn Ag Mg Al Mn Ni

1 9 2 30 5 10 30 10 10 10 1 5 15 2 0 35 6

Найдено 7 6 2 1 8 21 3 8 6 1 51 9 9 8 21 1 4 36 1 5 0 2 1,1

Содержание, С ° 10, мас.Е:

Вычислено 5

1 2 20 210 с3 <1 0,5 15 2 0,35

1328734

Таблица 9

Примесь мд

In As

Са Cr

Си

Мп

2 . 10-> 2 -10 Ç 1 .10- 2 10 5 10 1 ° 10- 9 .10-з 5 .10 9,10 з

Таблица 10

Примесь Mg

Са Cr Fe Mn

Cu In

Вычислено

2 .10 2 .19. Р 1 .10 5 10 - 1 .10 ь 1 -10- 5 10-4 5 10-6

Найдено

6 10 с 1 ° 10 1 10 2 10 2 10 1 ° 10 5 10 6 -10

ПриРЬ

Bi месь

Ag Cd $Ъ Аи

Вычислено

1 ° 10 1,5 10 5 10 2 10-4 1 -10 1 10 7 10

Найдено

2 10 1 ° 10 1 -10 2 .10 1 10 " 1 10 5 "10

Редактор П.Гереши

Заказ 3479/47

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Содержание, мас.Х

Содержание, мас.X

Составитель А.Кальницкий

Техред М.Ходанич Корректор М.Демчик