CN105092631A - 利用密封坩埚测试高活性元素合金材料的热分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于分析技术领域，涉及利用采用密封坩埚测试高活性元素合金材料的热分析方法，其特征是在样品室内放置密封坩埚进行热分析，所述密封坩埚包括坩埚盖和坩埚体，坩埚盖和坩埚体内壁喷涂有惰性涂层，坩埚盖与坩埚体之间通过金属密封垫片螺纹密封，所述金属密封垫片可在高温下消耗坩埚内可能残留的氧气，坩埚盖与坩埚体接触处外部作辅助密封。本发明采用坩埚密封大块状合金样品，防止样品与空气的接触，减小氧化反应对热分析测量产生的影响，可以同时解决样品与环境和容器反应的问题，提供用户更准确的测试结果，降低用户测试费用和仪器维护成本。

Description

利用密封坩埚测试高活性元素合金材料的热分析方法

技术领域

本发明属于分析技术领域，涉及利用采用密封坩埚测试高活性元素合金材料的热分析方法。

背景技术

在金属产业，利用热分析方法可以获得金属材料的熔点、熔程、相转变温度、热焓变化以及比热等，借以研究材料的固态相变、组成成分等信息，指导材料的研究和生产活动。

对于含高活性元素的合金，由于测试样品反应活性很高，在热分析测试过程中，容易与环境和容器发生反应：

1）与环境反应：导致测试结果不准确，甚至污染测试系统；

2）与容器反应：导致测试结果不准确，污染测试系统并导致测试成本上升。

因此，在实际操作过程中，必须要防止这两类反应的发生。现行很多操作过程中，都只能防止样品和环境的反应，或者引入额外物质进入热分析体系，影响测量结果。

以下列举部分隔离措施：

1、采用“保护”机制，通过在样品周围放置更易于和环境反应的活性物质，达到“隔离”样品的目的。

2、真空密封处理，把样品装入石英管中并抽真空，然后把石英管热处理密封；

3、用石墨粉把样品包裹覆盖，隔离样品；

4、密封放置样品的坩埚，有两种方法：

无机盐，在样品反应前熔化，达到密封坩埚效果；

使用密封坩埚，样品需要在通入惰性气体的操作箱内制备。

除采用密封坩埚外，其他方法从热分析原理来看，会影响到实验结果的真实性：不论在测量体系中加入了任何物质，样品与其都会发生一定的热交互作用，从而对热分析体系产生影响进而影响测量结果。而且如果不能保证每次加入测量体系物质的稳定性（包括质量、分布和组成等），也会影响测量结果的一致性。

发明内容

本发明的目的为了解决上述背景中微量的高活性合金样品在热分析过程中易与环境反应、反应及产物对测量系统造成的污染问题且该反应对合金本身的热分析测量信号造成很大的影响，而提出的一种利用密封坩埚测试高活性元素合金材料的热分析方法。

本发明的主要技术方案：利用密封坩埚测试高活性元素合金材料的热分析方法，包括采用惰性氛围的加热模块和温度测量模块、样品室及机械传动系统，其特征是在样品室内放置密封坩埚进行热分析，所述密封坩埚包括坩埚盖和坩埚体，坩埚盖和坩埚体内壁喷涂有惰性涂层，坩埚盖与坩埚体之间通过金属密封垫片螺纹密封，所述金属密封垫片可在高温下消耗坩埚内可能残留的氧气，坩埚盖与坩埚体接触处外部作辅助密封。

一般地，本发明采用不锈钢坩埚盖和坩埚体。

所述坩埚盖和坩埚体内壁喷涂的惰性涂层为石墨或钽金属。

所述金属密封垫片为紫铜材质。

所述辅助密封为高温密封泥。

本发明一种典型的分析方法：将待测合金样品成型打磨至表面光洁，清洗晾干后称量，然后转移至真空手套箱过渡箱内待用；在真空手套箱中将待测样品装入密封坩埚中；取出坩埚件，转移至温度测量模块上的样品放置室中，启动传动系统，将加热模块与温度测量模块闭合；对该闭合系统进行抽真空，然后向体系内持续充入高纯惰性气体，进行样品的DSC分析。

本发明方法可用于高活性元素合金材料的热分析，例如镁合金的热分析。

一种典型的镁合金的热分析方法：取一镁合金样品，车加工至直径Φ7mm*高度7mm，样品底部中心处钻直径Φ2.8mm*深度3mm小孔。结束后用细砂纸打磨样品表面至光洁，然后将样品投入超声波清洗仪中，用乙醇清洗，然后用蒸馏水清洗样品表面，用滤纸吸干表面水分，待水分干后称量，记下质量，然后转移至真空手套箱过渡箱内待用；在真空手套箱中将样品装入不锈钢坩埚中，密封；取出坩埚件，转移至温度测量模块上的样品放置室中，启动传动系统，将加热模块与温度测量模块闭合；对该闭合系统进行抽真空，抽至-0.09MPa后停止，然后向体系内充入高纯氩气，待气体流速稳定后继续抽真空充入氩气，如此过程循环3-4次，尽可能多的降低该体系内的空气含量。此过程结束后，后续的实验过程中持续缓慢的向该体系内通入氩气，流速30ml/min即可，然后可进行该样品的DSC实验。

本发明采用坩埚密封大块状合金样品，防止样品与空气的接触，减小氧化反应对热分析测量产生的影响，可以同时解决样品与环境和容器反应的问题，提供用户更准确的测试结果，降低用户测试费用和仪器维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例方法的连接示意图。

图中，1.加热模块；2.温度测量模块；3.样品室；4.机械传动系统。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明加以详细描述。

实施例：利用密封坩埚测试高活性元素合金材料的热分析方法，如附图1所示，主要包括采用惰性氛围的加热模块1和温度测量模块2、样品室3及机械传动系统（包括传动系统滚珠丝杠4和传动系统步进电机5），其主要特点在样品室3内放置密封坩埚进行热分析，所述密封坩埚包括坩埚盖和坩埚体，坩埚盖和坩埚体内壁喷涂有惰性涂层，坩埚盖与坩埚体之间通过金属密封垫片螺纹密封，所述金属密封垫片可在高温下消耗坩埚内可能残留的氧气，坩埚盖与坩埚体接触处外部作辅助密封。

实施例中，采用不锈钢坩埚盖和坩埚体；坩埚盖和坩埚体内壁喷涂的惰性涂层为钽金属；金属密封垫片为紫铜材质；辅助密封为高温密封泥。

通常地，本实施例包括：

1.加热模块：即炉体，可提供温度区间室温-1000℃的环境氛围，铁镍合金作加热丝，炉膛管为99.9%刚玉材质。该炉体内部可是真空氛围、空气氛围、氧化性氛围、还原性氛围、惰性氛围，本发明中采用惰性氛围，采用惰性气体氩气，由南京红健气体有限公司提供，纯度为≥99.99%，符合GB/T4842-2006标准。

2.温度测量模块：由热电偶支撑底座以及七根热电偶组成，该模块整体氛围可以是真空氛围、空气氛围、氧化性氛围、还原性氛围、惰性氛围，本发明中采用惰性氛围，与加热模块一致为高纯氩气。

3.样品放置室：坩埚室，放置镁合金样品。考虑到镁合金的热学特性-实验要求为室温至700℃；各组分的化学性质，合金中各金属元素以及非金属元素不与坩埚的材质发生物理反应、化学反应；密封的条件要求，需要保持坩埚内氛围为惰性气体氛围，相比其他气体可以防止氧化，相比真空更有利于抑制挥发；以及考虑实际操作的可实现性与成本，本发明中采用不锈钢坩埚，材质为310S，800℃内可以保持良好的稳定性，经过精密机加工成坩埚体以及坩埚盖。

4.机械传动系统：主要起升降加热模块左右，控制加热模块与温度测量模块的分开闭合。传动系统由步进电机57BYGH711AA（上海亘恒机电设备有限公司）、步进电机控制器DKC-230A（上海奕标自动化科技有限公司）、滚珠丝杠DZHQ320（南京工艺装备制造有限公司）组成。

以上1-4部件为EC1000DSC，欧优科学仪器南京有限公司。

5.真空手套操作室：主要在该室进行样品装填、坩埚密封工作。MT012-C，极限真空度-0.1MPa，长沙米琪仪器设备有限公司。

6.真空泵：飞越FY-2C-N，极限真空度2Pa，上海玉川真空技术有限公司。

本实施例以镁合金为分析对象，分析过程如下：

取一镁合金样品，车加工至直径Φ7mm*高度7mm，样品底部中心处钻直径Φ2.8mm*深度3mm小孔。结束后用细砂纸打磨样品表面至光洁，然后将样品投入超声波清洗仪中，用乙醇清洗，然后用蒸馏水清洗样品表面，用滤纸吸干表面水分，待水分干后称量，记下质量，然后转移至真空手套箱过渡箱内待用。

在真空手套箱中将样品装入不锈钢坩埚中，密封。

取出坩埚件，转移至温度测量模块上的样品放置室中，启动传动系统，将加热模块与温度测量模块闭合。

对该闭合系统进行抽真空，抽至-0.09MPa后停止，然后向体系内充入高纯氩气，待气体流速稳定后继续抽真空充入氩气，如此过程循环3-4次，尽可能多的降低该体系内的空气含量。此过程结束后，后续的实验过程中持续缓慢的向该体系内通入氩气，流速30ml/min即可。然后可进行该样品的DSC实验。

Claims (7)

1.利用密封坩埚测试高活性元素合金材料的热分析方法，包括采用惰性氛围的加热模块和温度测量模块、样品室及机械传动系统，其特征是在样品室内放置密封坩埚进行热分析，所述密封坩埚包括坩埚盖和坩埚体，坩埚盖和坩埚体内壁喷涂有惰性涂层，坩埚盖与坩埚体之间通过金属密封垫片螺纹密封，所述金属密封垫片可在高温下消耗坩埚内可能残留的氧气，坩埚盖与坩埚体接触处外部作辅助密封。

2.如权利要求1所述的热分析方法，其特征在于采用不锈钢坩埚盖和坩埚体。

3.如权利要求1所述的热分析方法，其特征在于所述坩埚盖和坩埚体内壁喷涂的惰性涂层为石墨或钽金属。

4.如权利要求1所述的热分析方法，其特征在于所述金属密封垫片为紫铜材质。

5.如权利要求1所述的热分析方法，其特征在于所述辅助密封为高温密封泥。

6.如权利要求1-5之一所述的热分析方法，其特征在于：将待测合金样品成型打磨至表面光洁，清洗晾干后称量，然后转移至真空手套箱过渡箱内待用；在真空手套箱中将待测样品装入密封坩埚中；取出坩埚件，转移至温度测量模块上的样品放置室中，启动传动系统，将加热模块与温度测量模块闭合；对该闭合系统进行抽真空，然后向体系内持续充入高纯惰性气体，进行样品的DSC分析。

7.如权利要求1-5之一所述的热分析方法，其特征在于：取一镁合金样品，车加工至直径Φ7mm*高度7mm，样品底部中心处钻直径Φ2.8mm*深度3mm小孔，结束后用细砂纸打磨样品表面至光洁，然后将样品投入超声波清洗仪中，用乙醇清洗，然后用蒸馏水清洗样品表面，用滤纸吸干表面水分，待水分干后称量，记下质量，然后转移至真空手套箱过渡箱内待用；在真空手套箱中将样品装入不锈钢坩埚中，密封；取出坩埚件，转移至温度测量模块上的样品放置室中，启动传动系统，将加热模块与温度测量模块闭合；对该闭合系统进行抽真空，抽至-0.09MPa后停止，然后向体系内充入高纯氩气，待气体流速稳定后继续抽真空充入氩气，如此过程循环3-4次，尽可能多的降低该体系内的空气含量，此过程结束后，后续的实验过程中持续缓慢的向该体系内通入氩气，流速30ml/min，然后进行该样品的DSC实验。