DE4032322C2

DE4032322C2 - Verfahren zum Herstellen eines Emissionsstandards für Legierungen

Info

Publication number: DE4032322C2
Application number: DE4032322A
Authority: DE
Inventors: Sanji Kitaoka; Susumu Nawata; Hisashi Hori; Katsumi Takahashi
Original assignee: Nikkei Techno Research Co Ltd
Current assignee: Nikkei Techno Research Co Ltd
Priority date: 1989-10-13
Filing date: 1990-10-11
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2010-10-12
Also published as: CA2027142C; FR2654116B1; JPH03128436A; FR2654116A1; US5139332A; CA2027142A1; DE4032322A1; JP2678797B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Emissionsstandards für Legierungen, der eine homogene Verteilung der Elemente und eine stabile Qualität hat.

Die optische Emissionsspektroskopie ermöglicht es, die Zusammensetzung von Legierungen schnell zu analysieren. Hierbei wird der Gehalt einer zu analysierenden Probe an einem bestimmten Element auf Grund einer Kalibrierkurve bestimmt, welche mittels eines Emissionsstandards (Standardprobe) erstellt wird und die Beziehung zwischen dem spektralen Intensitätsverhältnis, d. h. dem Verhältnis zwischen dem absoluten Strahlungsvermögen eines bestimmten Elements und dem absoluten Strahlungsvermögen des Basismetalls des Emissionsstandards, und der Konzentration des bestimmten Elements wiedergibt. Infolgedessen hängt die Genauigkeit einer solchen Analyse von der Genauigkeit der vorher erstellten Kalibrierkurve und der Genauigkeit der täglichen Driftkorrektur der Kalibrierkurve, d. h. der Korrektur der Schwankung des spektralen Intensitätsverhältnisses, welche durch die Analysiereinrichtung verursacht wird, ab. Demgemäß ist ein Emissionsstandard mit einem homogenen und bekannten Elementgehalt für eine genaue Analyse notwendig.

Zum Beispiel wird als Emissionsstandard, welcher für eine solche optische Emissionsspektrometrie brauchbar ist, ein scheibenförmiger Block von 40 bis 60 mm Durchmesser und 5 bis 10 mm Dicke benutzt, der durch Gießen einer geschmolzenen Legierung in eine Gußform hergestellt wird, wobei man seine Zusammensetzung durch eine chemische Analyse bestimmt. Bei der optischen Emissionsspektrometrie wird die Oberfläche eines solchen Emissionsstandards zu einer glatten Oberfläche bearbeitet, und dann wird eine Kalibrierkurve, basierend auf dem spektralen Intensitätsverhältnis, das durch Funkenbildung an vorbestimmten Positionen in der Oberfläche hervorgerufen wird, erstellt.

Jedoch tritt oftmals eine Entmischung bei der Verfestigung der geschmolzenen Legierung auf, insbesondere dann, wenn ein großer Betrag an Legierungselementen in dem Emissionsstandard enthalten ist. Als Ergebnis hiervon variiert die spektrale Intensität in Abhängigkeit von der 2- oder 3-dimensionalen Position auf der Oberfläche, an der die Funkenbildung vorgenommen wird, und demgemäß ist eine genaue Analyse mit einem solchen Emissionsstandard unmöglich.

Zur Verminderung der Entmischung bei der Verfestigung der geschmolzenen Legierung kann die geschmolzene Legierung durch semikontinuierliches Gießen zu einem Barrenstab von kleinem Durchmesser gegossen und dann erst zu einer scheibenartigen Form zugeschnitten werden.

Jedoch läßt sich eine Entmischung selbst dann nicht ausschalten, wenn ein Gießen zu einem Barrenstab von kleinem Durchmesser erfolgt, und die Entmischung wird insbesondere dann stärker und gravierender, wenn der Gehalt an dem jeweiligen Element erhöht wird. Zum Beispiel werden im Falle von Al-Si-Serienlegierungen, die Si enthalten, welches den eutektischen Punkt übersteigt, primäre Si-Kristalle ausgeschieden, und die Entmischung solcher ausgeschiedenen primären Si-Kristalle macht die Kalibrierkurve und die Driftkorrektur hierfür selbst dann ziemlich ungenau, wenn ein Gießen zu einem Barrenstab stattfindet, so daß es in diesem Falle nicht möglich ist, eine genaue Analyse der zu analysierenden Probe durchzuführen.

Aus der DE-PS 5 29 013 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Emissionsstandards für Legierungen bekannt, umfassend die Verfahrensschritte des Herstellens von Pulvern der einzelnen Bestandteile der Legierung; des Mischens der einzelnen pulverförmigen Bestandteile im gewünschten Verhältnis; des Formens des Emissionsstandards aus den gemischten pulverförmigen Bestandteilen; und des Pressens des geformten Emissionsstandards. Dieses bekannte Verfahren liefert aber, zumindest nach den heutigen Anforderungen, keine für eine hohe Analysegenauigkeit ausreichend homogene Emissionsstandards.

Weiter ist aus der DE-OS 15 98 556 ein Verfahren zur Herstellung eines Musters für die Analyse mittels eines Funkentladungs-Spektrographen bekannt, bei dem die Materialprobe, deren Zusammensetzung analysiert werden soll, auf ihren Schmelzpunkt erhitzt und die Schmelze, um das Muster zu erhalten, schnell abgekühlt wird, indem während der Abkühlung ein Druckstempel auf die Materialprobe aufgedrückt wird, was insbesondere so erfolgen kann, daß der Druckstempel sofort nach dem Schmelzen der Materialprobe auf diese aufgedrückt wird. Auf diese Weise kann nicht nur eine erwünschte flache Oberfläche des Musters erzeugt werden, sondern es kann auch, wie in der DE-OS 15 98 556 beschrieben ist, eine sehr schnelle Abkühlung des Musters erzielt werden, so daß eine feinere metallische Körnung erhalten wird und dadurch mögliche Fehler vermieden werden, die aus der Verteilung der verschiedenen Phasen der Legierungen bei einem langsamen Erkalten sonst entstehen würden.

Außerdem sind aus dem Artikel "Herstellung und Prüfung einwandfreier Eich-(Standard-)Elektroden für die Leichtmetallspektralanalyse" von H. Moritz in der Zeitschrift "Aluminium", Jahrgang 22, Sept. 1940, Seiten 421 bis 435, das Pressen und Ziehen zur Homogenisierung einer erschmolzenen Versuchslegierung der Gattung Al-Cu-Mg für Elektroden bekannt.

Schließlich ist eine Schnellverfestigung von geschmolzenem Metall für die Analyse in EP 0 135 097 A2 und EP 0 293 502 A1 beschrieben.

So ist aus EP 0 135 097 A2 eine Einrichtung für die Emissionsspektralanalyse bekannt, in welcher das zu analysierende Metall aus seiner Schmelze heraus mittels Inertgas zu einer Metallaerosolprobe, d. h. einer Dispersion von feinen Metallteilchen in dem Inertgas, zerstäubt und anschließend zur Emissionsanregung einer Plasmaflamme zugeführt wird, die mittels eines optischen Emissionsspektrometers analysiert wird.

Auch aus EP 0 293 502 A1 ist ein Verfahren zur Spektralanalyse von geschmolzenem Metall bekannt, bei dem das geschmolzene Metall teilchenförmig verfestigt und dann analysiert wird, nachdem die Metallteilchen vorher in einem Lösungsmittel aufgelöst worden sind. Diese Verfestigung geschieht in der Weise, daß ein mit Sägezähnen verrsehenes, sich schnell drehendes Rad nur oberflächlich in die Metallschmelze eingetaucht wird, so daß sich geschmolzenes Metall in den Zähnungen zu Metallteilchen verfestigt, die mittels einer Haube aufgefangen und einer Probenverarbeitungskammer zur weiteren Aufbereitung für die Spektralanalyse zugeführt werden.

Aufgbe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines spektrochemischen optischen Emissionsstandards für Legierungen zur Verfügung zu stellen, mit dem man in der Lage ist, eine genaue Kalibrierkurve zu erstellen und eine genaue Driftkorrektur durchzuführen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

- Herstellen von Metallkörpern durch Schnellverfestigung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 10² bis 10⁶ °C/sec aus einer Schmelze mit der gewünschten Zusammensetzung, und
- Ausbilden des Emissionsstandards aus den Metallkörpern durch Formen unter plastischer Deformation zu dessen Homogenisierung.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnen sich dadurch aus, daß

(a) das Formen unter plastischer Deformation durch Extrudieren, Walzen, Schmieden und/oder Sintern erfolgt; und/oder
(b) die Metallkörper pulverförmig, körnig, drahtförmig, stabförmig oder folienförmig sind; wobei
(c) die Legierung eine Aluminiumlegierung ist; und/oder
(d) die Legierung einen Gehalt von 12 bis 25 Gew.-% Si aufweist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden nämlich verschiedene Untersuchungen zum Überwinden der weiter oben dargelegten Schwierigkeiten durchgeführt, und als Ergebnis wurde gefunden, daß in einem spektrochemischen optischen Emissionsstandard für Legierungen, welcher mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist, die Entmischung von legierenden Elementen, die Fehler in der Analyse verursacht, wesentlich vermindert wird, und zwar auf einen sehr geringen Wert, und daß eine genaue Kalibrierkurve erzielt und eine genaue Driftkorrekturr durchgeführt werden kann, und daß als Ergebnis hiervon der Gehalt von jedem der Elemente in der Probe genau analysiert werden kann.

Unter "Metallkörpern" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist feines Pulver, Körner, ein Stück, eine Folie, ein Stab oder ein feiner Draht zu verstehen. Da der Emissionsstandard in der oben angegebenen Weise aus solchen Metallkörpern gebildet wird, umfaßt die Oberfläche des Emissionsstandards viele Metallkörper für die Analyse, und sie sind miteinander gemischt, und wenn irgendein entmischter Teil zwischen den Metallkörpern vorhanden ist, werden sie als Ganzes in der zu analysierenden Oberfläche einer Durchschnittsbildung unterzogen und sind als ein homogener Emissionsstandard mit weniger Entmischung in Abhängigkeit von 3-dimensionalen Positionen vorhanden. Demgemäß kann eine genaue Kalibrierkurve für die optische Emissionsspektrometrie hergestellt werden und es ist eine genaue Driftkorrektur möglich, wobei als Ergebnis hiervon der Gehalt von Elementen in der Probe genau analysiert werden kann.

Weiter ist es so, daß, da die Metallkörper als Schnellverfestigungsprodukte hergestellt werden, es ein Emissionsstandard, der durch Mischen und Formen derselben hergestellt wird, deswegen, weil diese Metallkörper weniger Entmischung in sich selbst beinhalten, ermöglicht, eine genauere Kalibrierkurve zu erstellen und eine genaue Driftkorrektur durchzuführen, wodurch es ermöglicht wird, den Gehalt an dem jeweiligen Element in der zu analysierenden Probe genau zu analysieren und damit eine genaue Analyse dieser Probe zu erhalten.

Weiter ist es, wenn die Mischung der Metallkörper durch plastische Deformation geformt wird, so, daß, da entmischte Teile zwischen den Metallkörpern bzw. in jedem der Metallkörper, welche die Wirkung der plastischen Deformation erfahren, dispergiert werden, bis eine Entmischung kaum noch zu beobachten ist, ein solcher Emissionsstandard eine genauere Kalibrierkurve liefern und eine genauere Driftkorrektur erbringen kann, so daß demgemäß der Gehalt an dem jeweiligen Element in der Probe genauer analysiert werden kann.

Es seien nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und erläutert:

Zunächst sei eine Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens zur Herstellung eines Emissionsstandards gegeben. Die Metallkörper bedeuten feines Pulver, Körner, Stücke, Folien, Stäbe oder feine Drähte.

Solche Metallkörper können aus einem gegossenen Barren erhalten werden, welcher durch ein Verfahren des Gießens eines geschmolzenen Metalls unter Schnellverfestigung oder mittels eines Gießverfahrens mit indirektem Kühlen des geschmolzenen Metalls mit Wasser oder mittels eines direkten Abschreckungsgießverfahrens oder Hartguß-Gießverfahrens, sowie durch feine Pulverisierung des gegossenen Barrens in physischer Weise, wie beispielsweise in einer Pulverisierungseinrichtung, oder Walzen desselben zu einer Folie, einem Stab oder feinem Draht, gefolgt durch Zerschneiden hergestellt wird. Außerdem können die Metallkörper auch durch eine chemische Reaktion hergestellt werden.

Das Mischen kann mittels eines üblichen Mischers ausgeführt werden, und es ist im Hinblick auf die Handhabung am vorteilhaftesten, eine einzige Form von Metallkörpern mit einer gewünschten Zusammensetzung zu mischen und zu formen. Alternativ ist es auch möglich, unter Kombinierung von Metallkörpern von unterschiedlichen Formen, wie beispielsweise Pulver und feinem Draht, ein Mischen und Formen durchzuführen. Weiterhin ist es nicht nur möglich, Metallkörper von einer identischen Zusammensetzung zu mischen und zu formen, sondern es ist auch möglich, Metallkörper von unterschiedlichen Zusammensetzungen zu mischen und zu formen. Zum Beispiel kann im Falle des Herstellens einer Standardprobe aus einer Al-Si-Cu-Mg-Legierung bzw. -Reihenlegierung ein Pulver aus einer Al-Cu-Mg-Legierung bzw. -Reihenlegierung und ein Pulver aus einem reinen Metall, wie beispielsweise metallischem Silicium, gemischt und geformt werden. Es können Pulver für jede der Legierungen aus Al-Si, Al-Cu und Al-Mg gemischt und geformt werden, oder es können Pulver der reinen Metalle miteinander gemischt und geformt werden. Die Kombination ist nicht nur auf solche Ausführungsformen beschränkt, wie sie oben beschrieben sind, sondern die Form der Metallkörper, das Herstellungsverfahren derselben, die Zusammensetzung und das Formungsverfahren können in der vorliegenden Erfindung wahlfrei im Rahmen des Patentanspruchs 1 ausgeführt werden.

Weiter können solche Metallkörper zum Beispiel mittels Extrusion, Walzen, Schmieden und/oder Sintern geformt werden.

Die Herstellung der Metallkörper, die aus einem schnellverfestigten gegossenen Barren hergestellt werden, wird speziell bevorzugt, da eine geringere Entmischung in dem gegossenen Barren vorhanden ist. Weiter wird feines Pulver, das durch Schnellverfestigung mittels eines Zerstäubungsprozesses oder durch ein Verfahren unter Verwenden eines rotierenden perforierten Schmelztiegels hergestellt ist, oder extrem feiner Draht oder dünne Folie, die durch Schnellverfestigen mittels eines Einzelwalzen- oder Zwillingswalzenverfahrens oder durch ein Schmelzspinnverfahren erhalten werden, mehr bevorzugt, da das gegossene Produkt als solches fein ist und eine geringere Entmischung vorhanden ist.

Da ein geschmolzenes Metall bei einer relativ hohen Temperatur mittels des Schnellverfestigungsverfahrens gegossen werden kann, kann außerdem die Streuung der Gehalte in den gegossenen Produkten zwischen dem frühen Stadium und dem späteren Stadium des Gießens vermindert und eine Kühlrate in der Höhe von 10³-10⁶ °C/sec erzielt werden. Demgemäß tritt weniger Entmischung im Inneren des Metallkörpers bei der Verfestigung auf, und es kann ein Emissionsstandard mit einer minimalen Entmischung und von stabiler Qualität durch Herstellen des Formungsprodukts unter Verwendung von Metallkörpern, die von irgendwelchen bzw. allen der Teile genommen sind, erhalten werden. Die Metallkörper können, wie oben beschrieben, durch Pressen, Extrusion, Walzen oder Schmieden geformt werden.

Das Formen der Metallkörper ist von einer plastischen Deformation begleitet, und hierbei wird die Extrusionsherstellung besonders als eine plastische Deformation bevorzugt, da die Oberfläche während des Formens senkrecht zum Fluß des Metalls ist, d. h. daß ein Querschnitt senkrecht zu der Extrusionsrichtung als eine Oberfläche für die optische Emissionsspektrometrie ausgewählt werden kann. Da der Querschnitt der ursprünglichen Metallkörper entsprechend dem Extrusionsverhältnis im Querschnitt senkrecht zu der Extrusionsrichtung bei dieser Extrusionsherstellung vermindert wird, kann dadurch ein Ergebnis erzielt werden, derart, als ob die Anzahl von Metallkörpern pro Querschnittsflächeneinheit erhöht wäre, was es möglich macht, eine genauere Kalibrierkurve zu erstellen und eine genauere Analyse der Zusammensetzung der Probe zu erhalten.

Da es bevorzugt wird, daß die Anzahl von Metallkörpern, die pro Flächeneinheit der Oberfläche für die Analyse vorhanden ist, erhöht wird, um die Homogenität des Formungsprodukts zu verbessern, sollten Metallkörper gewählt werden, die einen Querschnittsbereich haben, welcher so klein wie möglich ist.

Es sei hier für die Größe der Metallkörper der Fall eines Extrusionsformens eines Metallpulvers in einen runden Stab betrachtet, sowie des Zerschneidens des Stabs senkrecht zu der Extrusionsrichtung, um einen scheibenartigen Emissionsstandard auszubilden, und des Verwendens des Querschnitts der Probe für die optische Emissionsspektrometrie. Es sei angenommen, daß der Durchmesser des Metallpulvers r ist, daß das Extrusionsverhältnis R ist, und daß der Durchmesser des effektiven Teils des optischen Emissionsstandards 5 mm ist, dann kann die Anzahl n der Pulverteilchen, die in diesem Teil des optischen Emissionsstandards enthalten ist, generell durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

n = (5/r)² · R

Angenommen, das Extrusionsverhältnis sei wie folgt: R=5, n=125, wenn r=1 mm ist. Dies ist dem Fall äquivalent, daß man einen Durchschnitt für 125 Proben nimmt, wenn irgendeine Abweichung in der Zusammensetzung zwischen individuellen Pulverteilchen ist, und demgemäß kann ein stabiler Analysewert erhalten werden. Im Hinblick auf die obigen Verhältnisse ist die Größe der Metallkörper vor Anwendung einer plastischen Deformation geringer als 1 mm für die äußere Form im Falle von Pulver oder Körnern. Wenn sie weniger als 60 µm ist, kann jedoch keine weitere bemerkenswerte Wirkung mehr erhalten werden, und die Handhabung wird ziemlich schwierig im Hinblick auf die Explosionsgefahr. In dem Fall eines Stücks oder einer Folie, ist die Dicke geringer als 0,3 mm oder geringer als 0,1 mm. In dem Fall eines Stabs oder feinen Drahts ist der Außendurchmesser geringer als 1 mm oder geringer als 0,5 mm. Ein Metallkörper von einer Größe, die sogar um mehr als das vier- bis fünffache größer als die oben erwähnte Größe ist, kann die gleiche ausgezeichnete Wirkung liefern, wie sie durch die Verwendung eines feinen Metallkörpers erzielt wird, indem man ein großes plastisches Deformationsverhältnis wählt.

Im Hinblick auf die obigen Verhältnisse ist die Extrusionsherstellung besonders vorteilhaft, wenn die Metallkörper Körner, Pulver, Draht, Stab oder eine Folie sind, aus den Gründen, wie sie oben beschrieben sind. Weiter kann auf die Metallkörper eine plastische Deformation mittels Walzen oder Schmieden zusätzlich zu der Extrusion ausgeübt werden. In diesem Falle ist eine Fabrikation in großem Maßstab nötig, da die Metallkörper generell in einem solchen Ausmaß des Durchmessers erforderlich sind, bei dem wenigstens eine Mehrzahl von Analysen innerhalb eines genügenden Bereichs einer identischen Oberfläche ermöglicht wird, d. h. ein Durchmesser von etwa 40 bis 60 mm, damit die Oberfläche senkrecht zum Fluß des Metalls in einem solchen Ausmaß größer gemacht wird, welches die Analyse ermöglicht. Eine Analyse wird gewöhnlich mit der Oberfläche parallel zu dem Metallfluß durchgeführt. In einer solchen Oberfläche ist, da die Metallkörper ein langgestrecktes "Gewebe" umfassen, die Anzahl der ursprünglichen Metallkörper pro Flächeneinheit vermindert im Vergleich mit der, die sich im Falle der Extrusionsfabrikation ergibt, und die Homogenität des Emissionsstandards ist etwas verschlechtert. Wenn jedoch Metallkörper von einer kleinen Größe ausgewählt werden, kann ein Emissionsstandard von viel größerer Homogenität im Vergleich mit einem konventionellen scheibenartigen Emissionsstandard, welcher durch Druckgießen oder halbkontinuierliches direktes Abschreckgießen hergestellt ist, erhalten werden.

Hinsichtlich der Zusammensetzung der Metallkörper bestehen keine speziellen Beschränkungen. Zum Beispiel kann im Falle von Aluminiumlegierungen eine besonders ausgezeichnete Wirkung für die Legierung einer Zusammensetzung erzielt werden, welche solche Elemente wie Ti oder Fe enthält, die dazu neigen, bei der Verfestigung der Aluminiumlegierung welche den peritektischen Punkt oder den eutektischen Punkt überschreitet, entmischt zu werden, oder Al-12 bis 25 Gew.-% Si-Legierungen bzw. -Reihenlegierungen, welche Si enthalten, das dazu neigt, primäre Si-Kristalle auszuscheiden bzw. sich niederschlagen zu lassen, wenn der eutektische Punkt überschritten wird.

Ebensogut kann auch eine ausgezeichnete Wirkung für Aluminiumlegierungen erreicht werden, die weniger als 12 Gew.-% Si enthalten. Außerdem kann eine ausgezeichnete Wirkung für Aluminiumlegierungen erhalten werden, welche Pb oder Bi enthalten, die dazu neigen, eine Schwerkraftentmischung zu bewirken, sowie für Al-Ti-B-Legierungen bzw. -Reihenlegierungen, die dazu neigen, eine Koagulation von intermetallischen Verbindungen zu bewirken, wie auch für Al-Cu-Mg-Legierungen bzw. -Reihenlegierungen oder Al-Cu-Mg-Zn-Legierungen bzw. -Reihenlegierungen die Cu, Zn oder Mg enthalten.

Im Falle der optischen Emissionsspektrometrie unter Verwendung eines Emissionsstandards der, wie vorher beschrieben, hergestellt ist für eine zu analysierende Probe, die eine unterschiedliche metallurgische Hysterese gegenüber derjenigen eines konventionellen Emissionsstandards hat, ist es, da das spektrale Intensitätsverhältnis von Si sogar für einen identischen Si-Gehalt in Abhängigkeit von der Größe von primären Si-Kristallen unterschiedlich ist, notwendig, vorher das Ausmaß dieser Wirkung durch vorherige Messung zu erkennen und eine Korrektur anzuwenden.

Die Erfindung sei nun weiter in näheren Einzelheiten unter Bezugnahme auf Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 Kurvendarstellungen, welche den Analysewert und die Standardabweichung zeigen, wenn ein Emissionsstandard, der erfindungsgemäß hergestellt ist, einer optischen Emissionsspektrometrie unterworfen wird;

Fig. 2A und B Kurvendarstellungen, welche den Analysewert und die Standardabweichung zeigen, wenn Proben, die durch ein Druckgußverfahren hergestellt worden sind, der optischen Emissionsspektrometrie ausgesetzt werden; und

Fig. 3 Kurvendarstellungen, welche den Analysewert und die Standardabweichung zeigen, wenn ein gegossener Stab, der mittels eines horizontalen halbkontinuierlichen Gußverfahrens gegossen worden ist, der optischen Emissionsspektrometrie ausgesetzt wird.

Beispiel 1

JIS-AC9B-Legierung (die eine folgende Zusammensetzung umfaßt: Al - 18,9 Gew.-%, Si - 1,4 Gew.-% Cu - 10 Gew.-% Mg - 1,2 Gew.-% Ni - 0,4 Gew-% Fe; berechnet als Mischwert) wurde durch Schmelzen bei 850°C hergestellt und durch Rotation eines perforierten Schmelztiegels gesprüht, um granulare bzw. körnige Metallkörper mit einer mittleren Korngröße von 0,8 mm (Korngröße von 0,3 bis 3 mm) bei einer Kühlrate von 10²-10³ °C/sec herzustellen. Die Metallkörper wurden in eine mit einem Boden versehene Dose geladen, welche einen inneren Durchmesser von 100 mm und eine Länge von 150 mm hatte, und die Dose wurde zu einem runden Stab von 40 mm Durchmesser extrudiert. Der extrudierte runde Stab wurde in Längen von 50 mm zugeschnitten und die Oberfläche senkrecht zu der Extrusionsrichtung wurde bearbeitet, um Proben für die optische Emissionsspektrometrie herzustellen.

Die optische Emissionsspektrometrie wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt:

Emissionsquelle: Hochspannungsfunkenverfahren
Atmosphäre: Luft
Gegenelektrode: Graphitstab
Wellenlänge: Si 390,55 nm Al 256,80 nm (Interne Standardlinie)
Element: Si
Funkenposition: Mittiger Teil (innerhalb 1/2 Radius) und äußerer peripherer Teil (äquivalente Positionen außerhalb von 1/2 Radius) in der Oberfläche senkrecht zu der Extrusionsrichtung auf je 50 mm Länge.

Die Analyse von einer Probe wurde fünfmal in einer identischen Oberfläche ausgeführt.

Ergebnisse der Analyse sind in Fig. 1 gezeigt.

In Fig. 1 repräsentiert jeder der Punkte einen mittleren Wert für fünf Analysen. Weiter war der Wert für die Standardabweichung σ_n-1 für die Anzahl der Messung, je fünfmal für den mittigen Teil und den äußeren Umfangsteil, zehnmal insgesamt, für jede der Proben von 0,11 bis 0,16 Gew.-%.

Aus den Ergebnissen von Fig. 1 ersieht man, daß der Analysewert zwischen 18,7-19,0 Gew.-% war, die Abweichung für den Analysewert in Abhängigkeit von den Funkenpositionen in der Extrusionsrichtung ist klein, und zwar unabhängig von dem hohen Si-Gehalt, und außerdem ist die Streuung des Werts für die Standardabweichung σ_n-1 in der identischen Oberfläche klein, er liegt in dem Bereich von 0,11-0,16 Gew.-%, und demgemäß ist ersichtlich, daß eine Entmischung in Abhängigkeit von den Positionen klein ist und daß die Proben als ein spektrochemischer optischer Emissionsstandard für hypereutektisches Al-Si geeignet sind.

Beispiel 2

Die im Beispiel 1 hergestellten granularen bzw. körnigen Metallkörper wurden mittels einer 600 t Presse gepreßt, um einen gepreßten Stab von 40 mm Durchmesser und 100 mm Länge zu erhalten. Der gepreßte Stab wurde in Längen von 50 mm geschnitten, und die Oberfläche senkrecht zu der Längsrichtung wurde geschnitten, um eine Probe für die optische Emissionsspektrometrie herzustellen. Die optische Emissionsspektrometrie wurde in den gleichen Verfahrensweisen wie im Beispiel 1 angewandt. Als Ergebnis der Analyse war es so, daß der Durchschnittswert für die fünf Punkte in dem mittigen Teil 18,8 Gew.-% betrug, während der Durchschnittswert für die fünf Punkte in dem äußeren Umfangsteil 19,0 Gew.-% betrug, und der Wert für die Standardabweichung σ_n-1 für die zehn Funkenstellen war 0,19 Gew.-%. Aus dem Ergebnis kann man, da die Abweichung des Analysewerts klein ist und außerdem die Streuung des Werts für die Standardabweichung σ_n-1 der identischen Oberfläche klein ist, sehen, daß die Entmischung in Abhängigkeit von den Positionen klein ist und, daß die Probe als ein spektrochemischer optischer Emissionsstandard für hypereutektische Al-Si-Legierungen geeignet ist.

Vergleichsbeispiel 1

Als Vergleichskörper wurden eine Hoch-Si-Legierung (Al - 16,5 Gew.-% Si - 4,7 Gew.-% Cu - 0,55 Gew.-% Mg - 0,3 Gew.-% Fe) und eine Niedrig-Si-Legierung (Al - 14,6 Gew.-% Si - 0,46 Gew.-% Cu - 0,5 Gew.-% Mg - 0,3 Gew.-% Fe; berechneter Mischwert) durch Schmelzen bei 800°C als Legierungen hergestellt, die dem AA-Standard (Aluminium-Association) A 390,0 entsprachen, und sie wurden je in eine Form gegossen, die einen scheibenartigen Hohlraum von 55 mm Durchmesser und 10 mm Dicke hatte, um druckgegossene Körper zu erhalten. Der druckgegossene Körper wurde an der Oberfläche bearbeitet, die senkrecht zur mittigen Achse ist, und der optischen Emissionsspektrometrie unterworfen. Die Funkenposition wurde auf den äußeren Umfangsteil der Oberfläche, die senkrecht zur mittigen Achse ist, eingestellt. Die Analyse für eine Probe wurde durch fünf Messungen für eine identische Oberfläche bzw. an einer identischen Oberfläche ausgeführt, und dann wurden diese Messungen wiederholt, nachdem die Probe je um 1 mm abgeschnitten worden war. Die Ergebnisse der Analyse sind in den Fig. 2A und B gezeigt. Jeder der Punkte in Fig. 2 ist ein Mittelwert für die fünf Messungen, wie oben beschrieben.

Der Analysewert für die Hoch-Si-Legierung, der in Fig. 2A gezeigt ist, war zwischen 16,2 bis 17,4 Gew.-%, und da die Entmischung entlang der Richtung der Dicke groß ist und der Wert für die Standardabweichung σ_n-1 (n=5) in der identischen Oberfläche ebenfalls groß ist von 0,18 bis 0,47 Gew.-%, kann man sehen, daß die Entmischung in Abhängigkeit von den Positionen groß ist und, daß der Körper nicht als ein Emissionsstandard geeignet ist. Weiter war der Analysewert für die Niedrig-Si-Legierung, der in Fig. 2B gezeigt ist, zwischen 14,2 und 15,0 Gew.-%, und da die Entmischung entlang der Richtung der Dicke groß ist und die Standardabweichung σ_n-1 (n=5) in der identischen Oberfläche ebenfalls groß ist von 0,12 bis 0,31 Gew.-%, ist ersichtlich, daß die Entmischung in Abhängigkeit von den Positionen groß ist und der Körper nicht als Emissionsstandard geeignet ist.

Vergleichsbeispiel 2

Als Vergleichskörper wurde eine AA-Standard-A 390,0-Legierung (Al - 15,5 Gew.-% Si - 4,7 Gew.-% Cu - 0,55 Gew.-% Mg - 0,3 Gew.-% Fe; berechneter Mischwert) durch Schmelzen bei 750°C hergestellt, und ein gegossener Stab von 58 mm Durchmesser wurde durch halbkontinuierliches Gießen erhalten. Die Funkenbildungsposition für den gegossenen Stab wurde in den mittigen Teil (innerhalb 1/2 Radius) und den äußeren Umfangsteil desselben (äquivalente Positionen außerhalb des 1/2 Durchmessers) in der Oberfläche, die senkrecht zu der Gußrichtung und auf je 1000 mm in der Längsrichtung geschnitten war, eingestellt. Die Analyse für eine Probe wurde während je fünf Messungen für den mittigen Teil und den äußeren Umfangsteil für eine identische Oberfläche ausgeführt. Die Ergebnisse der Analyse sind in Fig. 3 gezeigt.

In Fig. 3 ist jeder der Punkte ein Mittelwert für fünf Messungen. Weiter war der Wert für die Standardabweichung σ_n-1 (n=10) für zehnmal insgesamt, d. h. je fünfmal für die Anzahl der Messungen in dem mittigen Teil und dem äußeren Umfangsteil, für jede der Proben 0,5 bis 1,0 Gew.-%.

Aus den Ergebnissen der Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Analysewert zwischen 15,0 bis 16,2 Gew.-% war, die Entmischung des analytischen Werts in Abhängigkeit von den Funkenpositionen in der Gußrichtung ist groß, und die Standardabweichung σ_n-1 (n=10) innerhalb der identischen Oberfläche war groß von 0,5 bis 1,0 Gew.-%, und es ist ersichtlich, daß der Körper nicht als ein Emissionsstandard geeignet ist.

Da, wie oben beschrieben, der Gehalt an dem jeweiligen Element homogen und die Qualität des spektrochemischen optischen Emissionsstandards für Metalle und Legierungen, insbesondere Aluminium und dessen Legierungen, wie beschrieben, stabil ist, kann der Gehalt des jeweiligen Elements in der zu analysierenden Probe genau analysiert und bestimmt werden, und demgemäß können exakte Ausführungen und Leistungsfähigkeiten von verschiedenen Arten von Produkten oder Halbprodukten vorhergesagt und genau erkannt werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß das Zerschneiden bzw. Zuschneiden eines wie beschrieben hergestellten Emissionsstandards, insbesondere das Zer- oder Zuschneiden senkrecht zur Extrusionsrichtung, auch ein Fräsen und/oder Schleifen sein oder zusätzlich umfassen kann, um eine gut bearbeitete Oberfläche für die optische Emissionsspektrometrie zu erhalten.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Emissionsstandards für Legierungen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formen unter plastischer Deformation durch Extrudieren, Walzen, Schmieden und/oder Sintern erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkörper pulverförmig, körnig, drahtförmig, stabförmig oder folienförmig sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung eine Aluminiumlegierung ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Gehalt von 12 bis 25 Gew.-% Si aufweist.