AT236920B

AT236920B - Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Wasserstoff in Metallen, insbesondere in Stählen

Info

Publication number: AT236920B
Application number: AT317762A
Authority: AT
Inventors: Elfriede Dr Giegerl
Original assignee: Voest Ag
Priority date: 1962-04-17
Filing date: 1962-04-17
Publication date: 1964-11-25

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von
Wasserstoff in Metallen, insbesondere in Stählen 
Zur Bestimmung des Wasserstoffgehaltes von Stählen sind eine Reihe von Verfahren bekanntgeworden. 



   Bei der Vakuumheissextraktion wird der Wasserstoff bei Temperaturen zwischen zirka   600-20000C   aus der Probe im Hochvakuum extrahiert und durch eine Diffusionspumpe in den Analysenraum befördert. 



   Gemessen wird z. B. manometrisch das gesamte geförderte Gas, wenn die Extraktion bei Temperatu- ren zwischen   600-700 C   erfolgt. 



   Ebenso kann zur Bestimmung des im Vorvakuumraum gesammelten Wasserstoffes eine Wärmeleit- fähigkeitsmessung eingesetzt werden. 



   Man kann auch die Gase oberhalb dieser Temperaturen extrahieren und das Gasgemisch manome- trisch messen. Hiebei wird das Gasgemisch unter Vakuum durch eine weitere Diffusionspumpe durch
Kupferoxyd geleitet, wodurch Wasser (aus Wasserstoff) und   CO   (aus CO) entsteht. Das gebildete Wasser wird in Magnesiumperchlorat aufgenommen und nach Messung des Gemisches CO   +     N   die Kohlensäure ausgefroren. Das   N,   wird als Rest bestimmt. 



   Die im Hochvakuum extrahierten Gase können auch durch eine Diffusionspumpe vor ein Palladiumfilter gefördert werden, wobei nur der Wasserstoff durch das Filter diffundiert und mittels einer weiteren Diffusionspumpe in einen Raum gebracht wird. dessen Druck gemessen wird. 



   Es kann auch chromatographisch verfahren werden, wenn die Gase bei der Hochvakuumextraktion bei hohen Temperaturen in einen Vorvakuumraum gefördert werden. Die   Ausspülung   der Gase aus dem Vorvakuumraum erfolgt mit Argon in einen Gaschromatographen, in welchem die einzelnen Komponenten bestimmt werden. 



   Bei der sogenannten Trägergasheissextraktion wird der Wasserstoff im Gasstrom bei   600-12000C   extrahiert und von diesem zum Analysator befördert. 



   Bei diesem Verfahren kann der Wasserstoff durch Kupferoxyd bei 6500C zu Wasser umgesetzt und dieses von Magnesiumperchlorat aufgenommen werden. Das Absorptionsmittel wird vor und nach der Wasseraufnahme gewogen. Oder es wird der Wasserstoff durch ein Gemisch von Kupfer- und Eisenoxyd bei 6000C zu Wasser umgesetzt und dieses durch das Trägergas    (ni)   in ein Titrationsgefäss geleitet und bestimmt. 



   Es kann auch das Trägergas den Wasserstoff in eine Palladiumspirale bringen, die in einem Vakuumgefäss eingebaut ist. Durch das Palladium diffundiert nun der Wasserstoff, welcher mittels einer Diffusionspumpe in einen Druckmessraum gefördert wird. 



   In einem an den Extraktionsraum anschliessenden Raum wird die Wärmeleitfähigkeit des durchströmenden Gases gemessen und deren Veränderung durch den im Gas enthaltenen Wasserstoff registriert. 



   Es wurde nunmehr ein Verfahren gefunden, das es gestattet, den Wasserstoffgehalt von Metallen, insbesondere von Stählen zu bestimmen und selbst kleine Wasserstoffgehalte durch die exakte Analysenmethode der coulometrischen Messung nach Oelsen, wie sie auch zur Bestimmung von Sauerstoff- und kleinen Kohlenstoffgehalten von Stählen angewendet wird, recht genau zu erfassen. 



   Der extrahierte Wasserstoff wird durch ein Trägergas durch verschiedene Reagenzien gespült, wobei er die gleiche Menge von Kohlendioxyd erzeugt, die coulometrisch gemessen wird. 



   Der Aufbau des erforderlichen Gerätes ist aus der Zeichnung zu ersehen. Das Trägergas wird aus der 

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Stahlflasche 1 entnommen, strömt durch eine Magnesiumperchloratsäule lb, um von Feuchtigkeit befreit zu werden, trägt den im Quarzrohr 2 bei einer Temperatur von 600 C (höhere Temperaturen sind im Prin- zip möglich) aus der Probe extrahierten Wasserstoff durch die Reagenzien 5, 9, 10 und 13 in den Elektro- lyten des Gefässes 16 und geht mit diesem ins Freie. Das Quarzrohr 2 ist mit einem Metall, vorzugsweise einem Edelmetall. ausgelegt, da die auf dem heissen Quarzrohr frei aufliegende Probe Anlass zu Neben- reaktionen gibt, durch die der Blindwert des Gerätes vermutlich durch frei werdenden Sauerstoff   erhöht   wird.

   Die Edelmetallauskleidung trennt   die Stahlprobe vom Quarz   und schaltet diese Nebenreaktionen aus. 



   Die Säule 5 enthält Schütze-Reagenz (Natronkalk und Magnesiumperchlorat) und dient lediglich zur Rei- nigung des Argon-Wasserstoffgemisches von aus der Probe oberflächlich entweichendem Kohlenmonoxyd,
Kohlendioxyd und Wasser. Die Reagenzien 9 und 10 sind unmittelbar hintereinander geschaltet und be- 
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 oxyd umsetzt. Dieses Gas wird im Schützereagenz 13 zu Kohlendioxyd oxydiert und in den   Elektrolyten   geleitet. Dieser ist beispielsweise eine wässerige Bariumchloridlösung, in der durch ein Diaphragma ge- ! trennt ein Elektrodenpaar untergebracht ist, das durch Anlegen einer Gleichspannung Hydroxyl-Ionen elektrolytisch in dem Absorptionsgefäss erzeugt. Diese Hydroxylionen werden bei der Abbindung des Kohlendioxyds nach der Gleichung : 
 EMI2.2 
 verbraucht. 



   Die Verminderung der Hydroxyl-Ionen bewirkt eine Verschiebung des Potentials zwischen zwei Elktroden. Nun wird die Strommenge (mA x sec) gemessen, die zur Erzeugung von weiteren Hydroxyl-Ionen bis zur Erreichung des Ausgangspotentials notwendig ist. Mit Hilfe der Faraday'schen Konstanten ist zu errechnen, dass z. B. bei einer vorgegebenen Stromstärke von 30mA 287 sec Elektrolysendauer zur Erfassung von 1 Ncm3 Wasserstoff benötigt werden. 



   Die Genauigkeit der Methode kann laufend durch Einschleusen kleiner Wasserstoffmengen überprüft werden. Bei ordnungsgemäss arbeitender Apparatur werden   98-100z   der eingeschleusten Menge gemessen. 



   Ferner wurden Stahlproben mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bei verschiedenen Temperaturen mit   Wasserstoff gesättigt. Die gemessenen Wasserstoffwerte dieser Proben stimmen gut mit den von A. Sieverts (Z. phys. Chemie, 77 1911, S. 591/613) veröffentlichten und allgemein anerkannten Werten überein. 1    
 EMI2.3 
 
 EMI2.4 
 
<tb> 
<tb> Probedurchmesser <SEP> Einwaage <SEP> Lagerungs- <SEP> H2-Gehalt <SEP> in <SEP> Vergleichswerte <SEP> nach <SEP> Sieverts
<tb> in <SEP> mm <SEP> in <SEP> g <SEP> temperatur <SEP> Ncm3/100g <SEP> Temp.

   <SEP> H2-Gehalt
<tb> in <SEP> Oc <SEP> in <SEP>  C <SEP> Ncm3/100 <SEP> g <SEP> 
<tb> 8 <SEP> 7,7 <SEP> 1100 <SEP> 6, <SEP> 8 <SEP> 1136 <SEP> 7, <SEP> 03
<tb> 8 <SEP> 14, <SEP> 9 <SEP> UM <SEP> 6, <SEP> 6 <SEP> 
<tb> 8 <SEP> 14,9 <SEP> 1100 <SEP> 6,5
<tb> 8 <SEP> 7, <SEP> 7 <SEP> 1100 <SEP> 6, <SEP> 6'I <SEP> 
<tb> 8 <SEP> 7, <SEP> 8 <SEP> llOO <SEP> 6, <SEP> 8 <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 8 <SEP> 7, <SEP> 4 <SEP> 1200 <SEP> 7, <SEP> 6
<tb> 8 <SEP> 7, <SEP> 3 <SEP> 1200 <SEP> 7, <SEP> 6
<tb> 8 <SEP> 13, <SEP> 8 <SEP> 1200'1, <SEP> 9 <SEP> 
<tb> 8 <SEP> 7, <SEP> 7 <SEP> 1200 <SEP> 7, <SEP> 7 <SEP> ;

   <SEP> 
<tb> 8 <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP> 1200 <SEP> 7, <SEP> 8
<tb> 6 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 1250 <SEP> 8,5 <SEP> 1250 <SEP> 8, <SEP> 64
<tb> 6 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 1250 <SEP> 8, <SEP> 7 <SEP> 
<tb> 8 <SEP> 7, <SEP> 9 <SEP> 1250 <SEP> z
<tb> 
 

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 Tabelle l (Fortsetzung) 
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> Probedurchmesser <SEP> Einwaage <SEP> Lagerungs-H-Gehalt <SEP> in <SEP> Vergleichswerte <SEP> nach <SEP> Sieverts
<tb> in <SEP> mm <SEP> in <SEP> g <SEP> temperatur <SEP> Ncm3/100 <SEP> g <SEP> Temp.

   <SEP> H-Gehalt
<tb> in <SEP> Oc <SEP> in <SEP>  C <SEP> Noms/100 <SEP> g
<tb> 8 <SEP> 7, <SEP> 8 <SEP> 1250 <SEP> 8, <SEP> 4 <SEP> 
<tb> 10 <SEP> í <SEP> 11, <SEP> 9 <SEP> 1250 <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP> 
<tb> 10 <SEP> 11, <SEP> 3 <SEP> 1250 <SEP> 8, <SEP> 4 <SEP> 
<tb> 10 <SEP> 11, <SEP> 3 <SEP> 1250 <SEP> 8, <SEP> 4 <SEP> 
<tb> 10 <SEP> 11, <SEP> 7 <SEP> 1250 <SEP> 8, <SEP> 6 <SEP> 
<tb> 10 <SEP> 11, <SEP> 3 <SEP> 1250 <SEP> 8, <SEP> 4 <SEP> 
<tb> 10 <SEP> 11, <SEP> 1 <SEP> 1250 <SEP> 8, <SEP> 7 <SEP> 
<tb> 
 
 EMI3.2

Claims

EMI3.3 wieder verringert wird, worauf bei gleichzeitiger Messung der Strommenge bis zum Erreichen des eingangs gemessenen Potentials elektrolysiert wird und aus der gemessenen Strommenge in an sich bekannter Weise die vorhandene CO-Menge berechnet wird.

3. Vorrichtung zur Bestimmung des Wasserstoffes in Metallen, insbesondere in Stählen, durch Trägergasheissextraktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie al, Q einer Magnesiumperchloratsäule (lob), einem Quarzrohr (2) zur Aufnahme der Proben, einer Glassäule (5), enthaltend ein <Desc/Clms Page number 4> Schütze-Reagenz (Natronkalk und Magnesiumperchlorat), einem Tonerderohr (6), enthaltend eine Kupferoxydfüllung (9) sowie eine Kohlenstoff-Füllung (10), sowie eine weitere Glassäule (13) mit SchützeReagenz und einem Elektrolysegefäss (16) mit zwei Elektrodenpaaren besteht. 1 4.

Vorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (2 und 6) Heizeinrichtungen besitzen, welche eine Erhitzung der zu untersuchenden Probe auf 6000C und darüber, des Kupfer- oxydes auf etwa 6000C und des Kohlenstoffs auf etwa 12000C gestatten.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einschleusen des Trägergases aus einer Stahlflasche (1) vor der Säule (1b) erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von störenden Nebenreaktionen in dem zur Aufnahme der Proben bestimmten temperaturfesten Rohr eine Vorrichtung aus Metall, insbesondere aus Edelmetall, untergebracht ist, die eine räumliche Trennung der Proben von dem temperaturfesten Rohr bewirkt. EMI4.1