CS218850B1

CS218850B1 - Colloidal magnetic suspension and method of its production

Info

Publication number: CS218850B1
Application number: CS214780A
Authority: CS
Inventors: Josef Voboril; Vladimir Cerny; Alena Oliveriova
Original assignee: Josef Voboril; Vladimir Cerny; Alena Oliveriova
Priority date: 1980-03-27
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1983-02-25

Abstract

Vynález se týká koloidní magnetické suspenze pro určení magnetické doménové struktury a rozlišení jnagnetických a nemagnetických strukturních složek materiálů, popřípadě trhlin v materiálech, zejména u ocelí a způsobu její výroby.The invention relates to a colloidal magnetic suspension for determining the magnetic domain structure and distinguishing magnetic and non-magnetic structural components of materials, or cracks in materials, especially steels, and a method of its production.

Description

Vynález se týká koloidní magnetické suspenze pro určení magnetické doménové struktury a rozlišení jnagnetických a nemagnetických strukturních složek materiálů, popřípadě trhlin v materiálech, zejména u ocelí a způsobu její výroby.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a colloidal magnetic suspension for the determination of the magnetic domain structure and the resolution of non-magnetic and non-magnetic structural components of materials or cracks in materials, particularly steels and processes for their manufacture.

Při studiích struktury a zejména fázového složení austenitických ocelí je nezbytné často identifikovat magnetické a nemagnetické strukturní složky.In studies of the structure and especially the phase composition of austenitic steels, it is often necessary to identify magnetic and non-magnetic structural components.

Studium, popřípadě indentifikaci feromagnetický c strukturních složek lze provádět pomocí práškovýoh obrazců vytvářených na povrchu metalografického vzorku. Práškové obrazce lze vytvořit bez použití vnějšího magnetického pole na vzorku materiálu vybroušeného a vyleštěného klasickým způsobem přípravy metalografických výbrusů. Je však třeba studie provádět na výbrusech, které jsou bez povrchových tvářecích vrstev. Z těchto důvodů sé doporučuje po mechanickém vyleštění výbrusu provést elektrolytické přeleštění.The study or identification of ferromagnetic structural components can be carried out using powder patterns created on the surface of a metallographic sample. Powder patterns can be created without the use of an external magnetic field on a sample of material polished and polished by conventional metallographic cut preparation. However, studies should be carried out on sections that are free of surface forming layers. For this reason, it is recommended to carry out electrolytic polishing after mechanical polishing of the cut.

Obrazce na povrchu vzorku lze vytvořit buď pomocí suspenze feromagnetického kysličníku železnafco-železitého, nebo podle Bitter-Akulova pomocí suchého prášku velmi jemného karbonilového železa. Je známa příprava koloidní suspenze podle Elmova,. sestávající z chloridu železnatého a chloridu železitého rozpuštěného v horké vodě. K uvedené směsi se za stálého míchání přidává hydroxid sodný. Vzniklá sraženina feritu je potom odfiltrována a promývána vodou. Potom se sraženina feritu smíchá s mýdlovým roztokem a krátce povaří. Takto připravenou emulzi lze kápnout na vyleštěný metalografický výbrus, přikrýt krycím sklíčkem, aby se vytvořila tenká vrstva. Na povrchu vzorku se vytvoří sfcromečkovité obrazce charakteristického tvaru a směru. Nejde o nic jiného, než o magnetickou strukturu feromagnetické fáze. Tyto obrazce můžeme také získat použitím karbolinového železa, Jehož částice mají velikost 1 až 3 μΐη. V případě použití této metody se vzorek přiloží k prášku a hrubší ulpělé přebytečné částečky prášku odplavíme proudem alkoholu pomocí stříkačky. Takto získané obrazce mají oproti koloidním obrazcům tu nevýhodu, že změnou magnetizace se nezmění jejich tvar — pro každý stav musí být připraveny znova, nebo je nutné připojit vnější silné magnetické pole.Patterns on the surface of the sample can be formed either by the suspension of ferromagnetic iron-iron oxide, or, according to Bitter-Akulov, by the dry powder of very fine carbonile iron. It is known to prepare a colloidal suspension according to Elm. consisting of ferrous chloride and ferric chloride dissolved in hot water. Sodium hydroxide is added to the mixture with stirring. The resulting ferrite precipitate is then filtered off and washed with water. Then the ferrite precipitate is mixed with a soap solution and boiled briefly. The emulsion thus prepared can be dropped onto a polished metallographic cut, covered with a coverslip to form a thin layer. Spherical patterns of characteristic shape and direction are formed on the sample surface. This is nothing but the magnetic structure of the ferromagnetic phase. These patterns can also be obtained by using carboline iron whose particles have a size of 1 to 3 μΐη. If this method is used, the sample is applied to the powder and the coarser adhering excess powder particles are washed away with a stream of alcohol using a syringe. Compared to the colloidal patterns, the patterns thus obtained have the disadvantage that changing the magnetization does not change their shape - they must be prepared again for each condition or an external strong magnetic field must be connected.

Citlivé koloidní magnetické suspenze bylo použito ke studiu struktury oceli a jiných slitin pro zjišťování drobnějších feromagnetických částic, například feritu martenzitu a dalších v nemagnetické fázi, a naopak nemagnetických strukturních složek (austenitu, karbidu a podobně), rozložených v základní feromagnetické fázi. Potíže s aplikací výše popsaných metod v praxi nutily k tomu, že byly hledány cesty ^!ke zlepšení těchto metod.Sensitive colloidal magnetic suspensions have been used to study the structure of steel and other alloys to detect tiny ferromagnetic particles, such as martensite ferrite and others in the non-magnetic phase, and vice versa non-magnetic structural components (austenite, carbide and the like) distributed in the base ferromagnetic phase. The difficulty in applying the methods described above in practice forced the search for ways ^! to improve these methods.

Rada obtíží s přípravou emulze podle původního receptu vedla k tomu, že byl dále upravován. Hlavní vyskytující se obtíží byla krátká životnost emulze a často velmi těžko reprodukovatelné výsledky. Modifikací se zejména upřesnily podmínky dosažení koloidního roztoku s dlouhodobou stabilitou. Přesto, že příprava koloidu upraveným způsobem je dosti náročná, není kvalita koloidu, hlavně jeho reprodukovatelnost a dlouhodobá stabilita příliš dobrá.A number of difficulties in preparing the emulsion according to the original recipe have led to further modification. The main problems encountered were the short lifetime of the emulsion and often very difficult to reproduce results. In particular, the modification clarified the conditions for achieving a colloidal solution with long-term stability. Although the preparation of the colloid in a modified manner is quite demanding, the quality of the colloid, especially its reproducibility and long-term stability, is not very good.

Uvedené nevýhody odstraňuje koloidní magnetická suspenze a způsob její výroby podle předmětného vynálezu. Koloidní magnetická suspenze je určena pro zviditelnění magnetické doménové struktury a rozlišení magnetických ra nemagnetických strukturních složek materiálů, popřípadě trhlin v materiálech. Koloidní roztok sestává ze železité solt a .louhu .sodpého, péptizovaňého kyselinou chlorovodíkovou. Podstata vynálezu spočívá v tom, že jako složky trojmocného železa pro základní ferit koloidní suspenze obsahuje síran železito-amonný. a jako stabilizační látky glycerin v množství od 0,6 do 0,8 objemových dílů a neutrální saponát v množství od 0,3 do 0,5 objemových dílů a neutrální saponát v množství od 0,3 do 0,5 objemových dílů. Podstata způsobu výroby koloidní suspenze spočívá v tom, že se směs přefiltrovaných roztoků chloridu a síranu železito-amonného, smíchaných v. poměru l .: l, zahřeje do varu a po-dobu od 5 do. 10 minut udržuje při teplotě od 80 do 90 °C. Potom se přikapává do vroucího roztoku hydroxidu sodného, nato se z vytvořené sraženiny feritu -odstraní dekantací a nejméně trojnásobným promytím destilovanou vodou matečný louh, přičemž je ferit udržován ve vlhkém stavu až do následného peptizování kyselinou chlorovodíkovou. Potom se peptizací získaná koloidní suspenze ve vodě upraví na pH od 6,95 do 6,98 a doplní seg lycerinem a zneutralizovaným saponátem.The colloidal magnetic suspension and the process for its preparation according to the present invention eliminate these disadvantages. Colloidal magnetic suspension is designed for visualization of magnetic domain structure and resolution of magnetic and non-magnetic structural components of materials or cracks in materials. The colloidal solution consists of a ferric salt and an alkaline solution peptized with hydrochloric acid. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is characterized in that it contains ferric ammonium sulfate as the ferric iron component for the basic ferrite of the colloidal suspension. and as stabilizing agents glycerin in an amount of from 0.6 to 0.8 parts by volume and a neutral detergent in an amount of from 0.3 to 0.5 parts by volume and a neutral detergent in an amount of from 0.3 to 0.5 parts by volume. The essence of the process for preparing the colloidal suspension is that the mixture of filtered 1: 1 ferric ammonium chloride chloride and sulphate solutions is heated to boiling and for a period of from 5 to 5. Maintained at 80 to 90 ° C for 10 minutes. The mother liquor is then added dropwise to the boiling sodium hydroxide solution, then the mother liquor is removed from the formed ferrite precipitate by decanting and washing at least three times with distilled water, the ferrite being kept moist until subsequent peptization with hydrochloric acid. Thereafter, the colloidal suspension obtained in peptides obtained in water is adjusted to a pH of 6.95 to 6.98 and supplemented with seg lycerin and a neutralized detergent.

Koloidní magnetické suspenze podle vynálezu jsou časově stálé, své neměnné koloidní vlastnosti si zachovávají po dobu 3 afž 5 let. Způsobem podle vynálezu l.z=e připravit koloidní suspenze s různým obsahem koloidní magnetické složky a různé viskozity. Výroba je poměrně jednoduchá a výsledky metalografických zkoušek, provedené s aplikací koloidní magnetické suspenze vyhověly i v náročných experimentech. Z nich vyplynuly i další nové přednosti, a to zejména skutečnost, že neutrální reakce (pH = 7), neobsahuje složky, které by celkově nebo selektivně působily na zkoumaný nabrus a mohly ve zkoumané magnetické doménové struktuře vyvolávat artefakty. Koloidní suspenze je nevysychává, umožňuje dlouhodobé zkoumání na nábrusu, zejména zkoumání změn v magnetické doménové struktuře při přiložení vnějšího magnetického pole.The colloidal magnetic suspensions according to the invention are stable over time, retaining their stable colloidal properties for 3 to 5 years. According to the process according to the invention, colloidal suspensions with different colloidal magnetic component contents and different viscosities are prepared. The production is relatively simple and the results of metallographic tests performed with the application of the colloidal magnetic suspension complied even in demanding experiments. They also showed other new advantages, in particular the fact that the neutral reaction (pH = 7) does not contain components which, overall or selectively, act on the investigated sharpen and could induce artifacts in the investigated magnetic forest. The colloidal suspension does not dry up, allows long-term examination on the ground, particularly the examination of changes in the magnetic domain structure when the external magnetic field is applied.

Zvýšená viskozita vyvolaná přídavkem glycerinu koloidní suspenze umožňuje vytvoření rovnoměrného koloidního obrazu magnetické doménové struktury. Výjimečnou předností je prokreslení i nejjemnějších struktur; nedochází k jejich překrývání rychlým vychytáváním koloidních částic v místech velkých gradientů magnetického pole v doménové struktuře. Detergenční složka — neutrální saponát koloidní suspenze zvyšuje přilnavost k nábrusu a výbornou roztékavost po jeho povrchu, takže v řadě případů není třeba používat krycí sklíčko při mikroskopickém vyšetřování.The increased viscosity induced by the addition of glycerin to the colloidal suspension allows for a uniform colloidal image of the magnetic domain structure. An exceptional advantage is the delineation of even the finest structures; they do not overlap by rapid uptake of colloidal particles at large magnetic field gradients in the forest. The detergent component - the neutral detergent of the colloidal suspension increases adhesion to the ground and excellent flowability on its surface, so in many cases it is not necessary to use a cover glass for microscopic examination.

Příklad 1Example 1

Vysoce-časově stabilní suspenze byla připravená tak, že vodný roztok 2,32 g chloridu železnatého a vodný roztok síranu železito-amonného v poměru 1: 1 a v celkovém, objemu rozpouštědla· 300 cm³ při teplotě 20 až 25 °C je filtrován za použití vývěvy přes sintrovou fritu. Přefiltrované roztoky -se potom slijí a^- zvolna zahřívají do varu a po přejiti varu se ponechají na vodní láizni při teplotě od 80 do 90 °C po dobu 5 až 10 minut, než se počne vařit roztok hydroxidu sodného. D,o vroucího roztoku hydroxidu sodného se přikapává směs roztoků chloridu železnatého a síranu železito-amonného. Vytváří se černá krystalická sraženina feritu v matečném louhu. Po odstavení a vychladnutí se vysrážený ferit během 10 až 15 minut usadí na dně baňky a dekantací odstraníme matečný louh. Ferit se se zbytekm matečního louhu vlije do síntro-vé frity-(velikost pórů alespoň ekvivalentní pórovitosti frity Kavalier S-3). Vlhký ferit, usazený na sintru, se potom několikrát promyje destilovanou vodou a peptizuje tak, že na vlhký ferit se nalije roztok kyseliny chlorovodíkové. Peptiízovaná koloidní suspenze z feritu se nechává volně odkapávat do sběrné baňky. Na pHmetru se změří pH koloidní suspenze a pH se upraví za stálého míchání skleněnou tyčinkou zředěným roztokem hydroxidu sodného na hodnotu od 6,95 do 6,98.A highly stable suspension was prepared by filtering an aqueous solution of 2.32 g of ferrous chloride and an aqueous solution of ammonium sulfate in a ratio of 1: 1 and a total solvent volume of 300 cm ³ at 20-25 ° C. using a vacuum pump over a sinter frit. The filtered solution then combined and -with ^- slowly heated to boiling and after boiling were allowed to go on by a water bath at a temperature of 80-90 ° C for 5-10 minutes before began boiling sodium hydroxide solution. A mixture of ferrous chloride and ferric ammonium sulfate solutions is added dropwise to the boiling sodium hydroxide solution. A black crystalline ferrite precipitate is formed in the mother liquor. After standing and cooling, the precipitated ferrite settles to the bottom of the flask within 10 to 15 minutes and decanted to remove the mother liquor. The ferrite is poured into the sinter frit (pore size at least equivalent to that of the Kavalier S-3 frit) with the remainder of the mother liquor. The wet ferrite deposited on the sinter is then washed several times with distilled water and peptized by pouring the hydrochloric acid solution onto the wet ferrite. The peptized colloidal suspension from ferrite is allowed to drip freely into a collecting flask. The pH of the colloidal suspension is measured on a pH meter and adjusted to pH 6.95 to 6.98 with stirring using a glass rod with dilute sodium hydroxide solution.

Potom se ,na jeden objemový díl suspenze přidá 0,8 dílu glycerinu [čistoty ČSL-3) a 0,3 dílu neutrálního saponátu. V případě, že se vyžaduje řidší suspenze (nižší viskozita) roztoku suspenze, je možno základní koloidní suspenzi těsně před použitím na daný vzorek neomezeně ředit destilovanou vodou.Then, 0.8 parts of glycerin [purity CSL-3] and 0.3 parts of neutral detergent are added per volume of suspension. If a thinner suspension (lower viscosity) of the suspension solution is required, the base colloidal suspension can be diluted unlimitedly with distilled water just prior to use on the sample.

Claims

SUBJECT

Colloidal magnetic suspension for the determination of the magnetic domain structure and the resolution of the magnetic and non-magnetic structural components of materials, consisting of ferric salt and sodium hydroxide, peptized with hydrochloric acid, characterized in that it contains ferric ammonium sulphate as stabilizing ferrite and from 0.6 to 0.8 parts by volume of glycerin and from 0.3 to 0.5 parts by volume of neutral detergent.

2. A process for the production of a cloloid magnetic suspension according to claim 1, characterized in that the mixture of filtered chloride solutions

BACKGROUND OF THE INVENTION 1: 1 ferrous and ferric ammonium sulphate are heated to boiling and maintained at 80 to 90 ° C for 5 to 10 minutes and then added dropwise to boiling sodium hydroxide solution, then formed the ferrite precipitates are removed by decantation and washing at least three times with distilled water the mother liquor, while the ferrite is kept moist until subsequent peptization with hydrochloric acid, then the peptide-obtained colloidal suspension in water is adjusted to a pH of 6.95 to 6.98 and replenished glycerin and neutralized detergent.