Способ определения содержания углерода и азота в металлах и сплавах

 

ОЛ ИСАЙИЁ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 301277 (21) 2564050/18-25 (51}м. Кл. с присоединением заявки Ио

G 01 N 25/14

Государственный комитет

СССР ао делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53} УДК 543.27 (088. 8) Опубликовано 15.09,79. Бюллетень М 34

Дата опубликования описания 1809,79 (72) Авторы

ИЗОбр@тЕНИЯ Ю.A . Карпов, К .Ю. Натансон, О . В. Завьялов и П . Н . Петров

Государственный ордена Октябрьской Революции научно(7() Заявитель ис следовательский и проектный институт редкометаллической промышл ен н ости (54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИ Я УГЛЕРОДА

И АЗОТА В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к способам анализа металлов и сплавов на содержание в них газообразующих примесей.

Известен способ определения углерода в металлах методом сожжения навески во взвешенном в электромагнитном поле состоянии в токе кислорода или его смеси с гелием с последующим хроматографическим анализом выделившегося углерода в виде СО (1).

Известен способ определения азота в металлах, заключающийся в расплавлении анализируемого образца в вакууме в нейтральной среде — в корундовом тигле с безуглеродистым никелевым расплавом, экстракции азота из расплава и количественном его определении (2) .

Благодаря малой попр ав ке к он троп ьного опыта и отсутствию графитовой корки удается повысить чувствитепьность определения азота до 1 10 масс% дпя различных металлов и сплавов.

Однако эти способы определения углерода и азота отличаются недоста.точно высокой чувствительностью, которая ограничивается влиянием поверхностных загрязнений образца на результаты анализа, составляющим для азота 0,02-1,3 юг/см что в пересчете для навески 1 г составляр, например, для молибдена (1 — 3) 10 масс. В а для титана (3-7) 10 масс. Ъ.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ определени я углерода, заключающийся в расплавлении анализируемого образца в вакууме в расплаве (ванне) другого материала, например никеля, насыщенного кислородом, экстракции углерода из расплава в виде окиси углерода, образующейся при в эаимодействии углерода, содержащегося в анализируемом образце с кислородом ванны, и количественном определении окиси углерода с помощью газоанализатора (3).

Способ позволяет производить анализ широкого круга материалов, чувствительность определения углерода составляет до 5 10 масс. % .Недостатком способа является ограничение чувствительности влиянием поверхностных загрязнений образца на результат определения углерода в объеме образца, составляющее 0,06-7 мкг/см, что в т, пересчете для навески 1 r составляет, например,для молибдена (3-5) 10масс.t, 685964

-М а для титана (5-9 ) 10масс.Ъ .

Целью и э обретения является повышение чувствительности определения углерода и азота в материалах за счет удаления углерода и .азота с поверхности анализируемого образца. 5

Дл я этого обра з ец перед ан али зом окисляют при давлении кислорода 450500 мм рт.ст. и температуре 700-900 С в течение 3-5 мин .

Эк спери ментально (путем сн яти я 10 кинетических кривых процесса окисления) установлено, что при давлениях кислорода 450-500 торр, с одной стороны, обеспечивается быстрое и полное удаление всех поверхностных загрязнений, с другой стороны,при этом не наблюдаются разрушения образца или экстракции растворенных углерода и азо са.

О

Температура (700-900 С) дает воз-можность окислить органические и внесенные извне неорганические загрязнения и позволяет избавиться от поверх— ностных к а)эбидов и нитридов . При т емпературе меньше 700 С скорость процесса незначительна (см. пример 1), в с-грязи с чем неоправданно увеличивается время анализа и к тому же возможно неполное удаление углерода и азота с поверхности металла. При тема пературе более 900 С скорость реакции значительно увеличивается и зат— рудняет надежное разделение поверхностных углерода и азота от объемных при значительных выдержк ах времени (более 5 мин), поэтому время экспо- 35 зиции ограничено 3-5 мин .

После окисления образцы, находящиеся в загрузочном устройстве анализатора, практически не сорбируют .углерод — и азотсодержащие соедине- 40 ния, так как покрыты слоем более актив ного кислорода и ни слородсодержаших соединений .

Кроме того, процесс окисления поверхности образцов может быть сов— мещен во времени с процессом насыщени я в анны кислородом (при определении углерода), что позволяет не снижать производительности установки.

Пример 1. Проводили три опре-, 1ЗМ деления углерода в образце кремния на установке Гиредмет -C911N, состоящей из BI

ЦНИИ ПИ Заказ 545 1/44 Тир

Филиал ППП Патент, г. Ужго этого кислорода, нагретого в загру" зочном устройстве с помощью печи сопротивления до температуры 500 С—

20 мин (перв ое определение), 850 C—

10 мин (второе определение), 1100 С—

5 мин (третье определение) . При этом глубина окисления, определяемая по цветовому методу, составляла величину о

100,500,1000 A соответственно. Затем выделившиеся газы и кислород откачивали вначале форвакуумным насосом, а потом ртутным диффузионным насосом для установления величины фона (О 6-5

1,8) 10 масс.Ъ за 1 мин в расчете на навеску 1 г.

Далее в ванну сбрасывали образец кремния массой О, 5 г и проводили регистрацию выделившейся окиси углерода. Содержание (3 0,2) 10 масс.Ъ.

При анализе аналогичного образца кремния по известному способу (без окисления поверхности) результат равен (1,6-0,5) 10 масс.-o, что свиде+ тельствует о том, что величина поверхностных загрязнений кремния на.— ходится на уровне 1,3 10 масс.Ъ.

Предлагаемый способ позволяет повысить чувствительность как метода окислительного плавления для определения углерода, так и метода нейтрального плавления для определения азота.

При этом чувствительность определения углерода повышается в 5-8 раз, а азота в 2-5 раз. Чувствительность предлагаемого способа составляет не менее 5 10 масс.Ъ при определении углерода и не менее (1 -2) 10 масс .Ъ, при определении азота для навески

1 r при расчете по удвоенному стандартному отклонению результатов ана- лиза.

Формула изобретения

Способ определения содержания углерода и азота в металлах и сплавах, заключающийся в расплавлении образца в вакууме, экстракции определяемого элемента из расплава и последующем количественном его определении, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности определения, образец перед анализом окисляют нри давлении кислорода 450500 мм рт.ст. и температуре 700-900 С в течение 3-5 мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Журнал аналитической химии, 1976, т. 31, вып. 4, с. 715. 2. Журнал аналитической химии, 1974„т. 29, вып. 8, с. 1620.

3. Сборник Кинетика и термодинамика взаимодействия газов с жидкими металлами, N. "Наука, 1974, с. 182 (прототип) . аж 1090 Подписное род, ул. Проектная, 4