CS253102B1

CS253102B1 - A method for determining the content and binding of oxygen, nitrogen and carbon by controlled thermal decomposition of a sample

Info

Publication number: CS253102B1
Application number: CS857199A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Cizek; Pavel Borek
Original assignee: Zdenek Cizek; Pavel Borek
Priority date: 1985-10-08
Filing date: 1985-10-08
Publication date: 1987-10-15
Also published as: CS719985A1

Abstract

Řešení se týká způsobu stanovení obsahu a vazby kyslíku, dusíku a uhlíku v kovech a slitinách i v dalších anorganických materiálech. Množství a vazba těchto prvků je důležitou technickou informací o chování materiálů v různých prostředích a o charakteru a příčinách vzniku a průběhu různých jevů a interakcí, zejména na povrchu materiálu. Podstata řešení spočívá v tom, že analyzovaný vzorek se postupně zahřívá v inertní nebo reakční atmosféře až do počátku uvolňování definované plynné sloučeniny, načež se vzestup teploty zastaví nebo se teplota skokem zvýší o předem zvolenou hodnotu a dále se udržuje konstantní až do skončení uvolňování plynné sloučeniny, což signalizuje konec rozkladu příslušné detek váné fáze. Poté se vzorek opět postupně jhřívá až do okamžiku dalšího uvolňován é finované plynné sloučeniny, tj . do počátku rozkladu další identifikované oxidické, nitridické nebo karbidické fáze ve vzorku.The solution concerns a method for determining the content and bonding of oxygen, nitrogen and carbon in metals and alloys as well as in other inorganic materials. The amount and bonding of these elements is important technical information about the behavior of materials in various environments and about the nature and causes of the emergence and course of various phenomena and interactions, especially on the surface of the material. The essence of the solution lies in the fact that the analyzed sample is gradually heated in an inert or reaction atmosphere until the beginning of the release of a defined gaseous compound, after which the temperature rise stops or the temperature is increased by a pre-selected value and is then kept constant until the end of the release of the gaseous compound, which signals the end of the decomposition of the respective detected phase. Then the sample is gradually heated again until the moment of the next defined gaseous compound being released, i.e. until the beginning of the decomposition of the next identified oxide, nitride or carbide phase in the sample.

Description

Vynález se týká způsobu stanovení obsahu a vazby kyslíku, dusíku a uhlíku v kovech a slitinách i v dalších anorganických materiálech.The invention relates to a method for determining the content and binding of oxygen, nitrogen and carbon in metals and alloys as well as in other inorganic materials.

Přítomnost různých typů oxidů, nitridů a karbidů v kovových materiálech významným způsobem ovlivňuje vlastnosti těchto materiálů a současně podává informaci o charakteru a kvalitě příslušného výrobního (např. metalurgického) procesu. Obdobně je tomu v případě různých nekovových anorganických materiálů (např. směsi oxidů nebo nitridů nebo karbidů). Množství a forma vazby kyslíku, dusíku a uhlíku je rovněž velmi důležitou technickou informací o chování materiálů v různých prostředích a o charakteru a příčinách vzniku a průběhu různých jevů a interakcí zejména na povrchu materiálů. Stanovení obsahu a vazby kyslíku, dusíku a uhlíku v kovech, slitinách a dalších anorganických látkách proto patří k velmi důležitým úkolům analytické chemie.The presence of different types of oxides, nitrides and carbides in metallic materials significantly affects the properties of these materials and at the same time provides information on the nature and quality of the relevant manufacturing (eg metallurgical) process. The same is true for various non-metallic inorganic materials (eg mixtures of oxides or nitrides or carbides). The amount and form of bonding of oxygen, nitrogen and carbon is also a very important technical information on the behavior of materials in different environments and on the nature and causes of the occurrence and course of various phenomena and interactions especially on the surface of materials. Determination of oxygen, nitrogen and carbon content and binding in metals, alloys and other inorganic substances is therefore a very important task of analytical chemistry.

Uvedená problematika se řeší pomocí tzv. termoevolučních metod, jejichž princip je založen na postupném termickém rozkladu oxidických', nitridických nebo karbidických fází, převedení kyslíku, dusíku nebo uhlíku na definovanou plynnou sloučeninu a kontinuálním sledování vývoje této plynné sloučeniny pomocí vhodného detektoru. Z teplotního rozmezí, při kterém dochází k vývoji detekovaného plynu, je možné usuzovat na typ oxidické, nitridické nebo karbidické fáze ve vzorku a z množství detekované plynné sloučeniny na množství každé z fází,' přítomných ve vzorku. Zmíněný princip je realizován v několika moderních typech analyzátorů.These problems are solved by so-called thermoevolutionary methods, the principle of which is based on the gradual thermal decomposition of oxidic, nitridic or carbide phases, conversion of oxygen, nitrogen or carbon to a defined gaseous compound and continuous monitoring of the evolution of this gaseous compound by suitable detector. From the temperature range at which the detected gas evolves, one can infer the type of oxidic, nitride or carbide phase in the sample and from the amount of gas compound detected to the amount of each of the phases present in the sample. This principle is implemented in several modern types of analyzers.

V dosavadních aparaturách je pro termoevoluční rozklad vzorků vesměs využíván teplotní režim analýzy, při kterém teplota vzorku stoupá lineárně a rychlost stoupání teploty je možno předem libovolně nastavit. Je znám i pracovní postup, charakterizovaný přerušením ohřevu vzorku, jak- mile se v detektoru objeví plynná fáze. Oba uvedené postupy mají některé technické nevýhody, které omezují jejich použitelnost jen na analýzu jednoduchých typů oxidických, nitridických nebo karbidických fází a sloučenin. Kupříkladu při lineárním ohřevu vzorku nelze rozlišit dvě nebo více fází s blízkými teplotami rozkladu a nesprávné výsledky se získávají i v tom případě, jsou-li analyzované fáze přítomny ve větším množství nebo když rychlost rozkladné reakce je nízká.In the existing apparatuses, the thermal mode of analysis is used for thermoevolutionary decomposition of samples in which the temperature of the sample rises linearly and the rate of temperature rise can be arbitrarily set in advance. A workflow is also known, characterized by the interruption of sample heating as soon as the gas phase appears in the detector. Both processes have some technical disadvantages that limit their applicability to the analysis of simple types of oxidic, nitridic or carbide phases and compounds. For example, in the linear heating of a sample, two or more phases with near decomposition temperatures cannot be distinguished and incorrect results are obtained even if the analyzed phases are present in larger quantities or when the rate of the decomposition reaction is low.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob termoevolučního stanovení obsahu a vazby kyslíku, dusíku nebo uhlíku v anorganických materiálech, přičemž analyzovaný vzorek se postupně zahřívá v inertní nebo reakčni atmosféře až do počátku uvolňování definované plynné sloučeniny, načež se vzestup teploty zastaví nebo se teplota skokem zvýší o předem zvolenou hodnotu a dále se udržuje konstantní až do skončení uvolňování plynné sloučeniny, což signalizuje konec rozkladu příslušné detekované fáze. Poté se vzorek opét postupně zahřívá až do okamžiku dalšího uvolňování definované plynné sloučeniny, tj. do počátku rozkladu další identifikované oxidické, nitridické nebo karbidické fáze ve vzorku, vzestup teploty se zastaví a pokračuje se shora uvedeným postupem. Teplotní schéma postupu stanovení dvou fází a, b je znázorněno na výkrese, kde křivka k znázorňuje časovou (C) závislost intenzity signálu (I) z detektoru vznikající plynné složky při termickém rozkladu fází a a b podle teplotního režimu znázorněného teplotní křivkou T.These drawbacks are eliminated by the method of thermoevolutionary determination of oxygen, nitrogen or carbon content and binding in inorganic materials, whereby the analyzed sample is gradually heated in an inert or reaction atmosphere until the release of the defined gaseous compound is started, whereupon the temperature rise stops or the temperature and is kept constant until the gaseous compound is released, indicating the end of the decomposition of the respective detected phase. Thereafter, the sample is reheated gradually until the next release of the defined gaseous compound, i.e. until the next identified oxidic, nitride or carbide phase in the sample begins to decompose, the temperature rise is stopped and proceeded as above. The temperature diagram of the two-phase determination procedure a, b is shown in the drawing, where the curve k shows the time (C) dependence of the signal intensity (I) from the detector of the gaseous component formed.

Hlavní výhoda vynálezu spočívá v pružné regulaci teplotního režimu ve vztahu ke kinetice probíhající konkrétní termoevoluční reakce a v možnosti volby optimální teplotní hladiny pro reakci. Výsledkem je možnost zvolit nejvhodnější teplotní režim celé termoevoluční analýzy vzhledem k typu analyzovaného materiálu. Současně se podstatně zvýší rozlišovací schopnost analyzátoru a lze tak analyzovat i složité směsi fází, vyznačující se malým rozdílem teplot rozkladu jednotlivých složek. Navrhovaným řešením rovněž vznikají vhodné podmínky pro identifikaci oxidických, nitridických nebo karbidických fází s malou rychlostí reakce rozkladu a pro přesné stanovení fází zastoupených ve velkých koncentracích. Praktické propojení regulace teplotního režimu ohřevu vzorku se signálem z detektoru je rutinní elektrotechnickou záležitostí a závisí na konkrétním typu zařízení.The main advantage of the invention lies in the flexible regulation of the temperature regime in relation to the kinetics of a particular thermoevolution reaction taking place and in the possibility of selecting the optimal temperature level for the reaction. The result is the possibility to choose the most suitable temperature regime of the whole thermoevolution analysis with respect to the type of analyzed material. At the same time, the resolution of the analyzer is greatly increased and complex phase mixtures can be analyzed, characterized by a small difference in decomposition temperature of the individual components. The proposed solution also provides suitable conditions for the identification of the oxidic, nitridic or carbide phases with a low rate of decomposition reaction and for the accurate determination of the phases present at high concentrations. The practical connection of temperature regulation of the sample heating with the signal from the detector is a routine electrotechnical matter and depends on the particular type of equipment.

PříkladExample

Stanovení obsahu a vazby kyslíku ve formě různých oxidických fázi v ocelích je založeno na postupném termickém rozkladu (redukci) oxidických fází v inertní atmosféře za přítomnosti elementárního uhlíku, přičemž detekovanou při reakci vznikající plynnou sloučeninou je oxid uhelnatý resp. uhličitý. Při zjištování typu a obsahu oxidů manganu a železa v reálném vzorku oceli, jejichž teploty redukce leží v intervalu asi 50 až 100 °C, což nelze dosavadními způsoby stanovení rozlišit, bylo podle vynálezu stanoveno, že z celkového obsahu 0,065 % kyslíku je 0,025 í kyslíku vázáno ve formě oxidů železa (T_re(j~l 350 °C) a 0,015 % kyslíku ve formě oxidů manganu (^Tre(j —'1 440 °C) .The determination of the oxygen content and binding in the form of various oxidic phases in steels is based on the gradual thermal decomposition (reduction) of the oxidic phases in an inert atmosphere in the presence of elemental carbon, the carbon monoxide and carbon monoxide being detected in the reaction. carbon dioxide. When determining the type and content of manganese and iron oxides in a real steel sample whose reduction temperatures are in the range of about 50 to 100 ° C, which cannot be distinguished by the prior art methods, it was determined according to the invention bound in the form of iron oxides (T _{re (} j = 1350 ° C) and 0.015% oxygen in the form of manganese oxides ( ^T re (j = 1440 ° C)).

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Method for determining the content and binding of oxygen, nitrogen and carbon in inorganic materials by thermal decomposition of a sample, characterized in that the sample of material is gradually heated in an oven space containing an inert or reaction gas until the defined gas compound is released. the temperature increases by a step by a selected value and is kept constant until the gaseous compound is released.

1 drawing