KR20100018573A - 금속시료의 분석방법 - Google Patents

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Abstract

금속시료의 분석방법은 비교원소와 주목원소를 함유하는 금속시료를 전해액 중에서 전해하는 전해공정과, 전해액의 일부를 채취하는 채취공정과, 채취된 전해액을 분석하는 분석공정과, 해당 분석의 결과를 토대로, 전해액 중에 있어서의 비교원소에 대한 주목원소의 농도비를 산출하는 농도비 산출공정과, 산출된 농도비에, 금속시료에 있어서의 비교원소의 함유율을 곱하여, 주목원소의 고용상태에서 존재하는 함유율을 산출하는 함유율 산출공정을 갖는다.
전해액, 비교원소, 주목원소, 킬레이트제, 반투막

Description

금속시료의 분석방법{METHOD FOR ANALYSIS OF METAL SAMPLE}
본 발명은 금속시료 중의 원소분석방법에 관한 것으로, 특히, 금속시료 중에 고용상태로 존재하는 원소의 함유율을 신속하고 또한 정확하게 구하는 방법에 관한 것이다.
금속시료 중에 존재하는 석출물은 그 형태, 크기, 및 분포에 따라 재료의 제반 특성, 예를 들면, 피로적 성질, 열간 가공성 및 냉간 가공성, 딥드로잉성(deep drawability), 피삭성, 혹은 전자기적 성질 등에 현저한 영향을 미친다.
철강을 예로 들어 설명하면, 근래, 미세한 석출물을 이용하여 철강제품의 특성을 향상시키는 기술이 현저히 발전하였다. 그 발전에 수반해서 제조공정에 있어서의 석출물 제어가 엄격화되고 있다. 첨가원소의 금속시료 중에 고용상태에서 존재하는 원소의 함유율과 석출상태에서 존재하는 원소의 함유율은 철강제품의 각 제조공정을 통해, 점차 변화하고 있다. 첨가원소의 금속시료 중에 응고상태에서 존재하는 원소의 함유율을 이하 고용 함유율이라 한다. 석출상태에서 존재하는 원소의 함유율을 이하 석출 함유율이라 한다. 예를 들면, 용강이 응고할 때에 첨가 원소는 질소나 탄소와 결합해서 일부가 석출하고, 석출물로 된다. 이 석출물은 슬래브 가열 단계에서 고용부분과 석출부분으로 나뉜다. 고용부분은 그 후의 압연단계 에서 왜곡 유기 석출에 의해 일부가 석출하고, 나머지 고용부분이 계속되는 변태 과정에서 석출한다. 이 때, 냉각속도에 따라 고용부분의 일부는 고용상태인 채 제품에 초래되는 경우도 있다.
이상으로부터, 우수한 최종 제품을 제조하기 위해서는 첨가원소의 석출량과 고용량의 변화를 제어하는 것이 필요하게 된다. 제어를 위해서는 강 중의 첨가원소의 고용 함유율 혹은 석출 함유율을 정확하게 분석하는 것이 필요 불가결하다.
철강재료 중의 석출물 및/또는 개재물에는 붕화물, 인화물, 황화물, 질화물, 탄화물, 산화물 등이 있다. 석출물 및/또는 개재물을 이하, 이들을 일괄해서 석출물 등으로 칭한다.
석출물 등을 정량하는 공지기술로서 비특허문헌 1, 비특허문헌 2에는 산분해법, 할로겐법, 전해법 등이 개시되어 있다. 비특허문헌 1, 비특허문헌 2에 기재되어 있는 방법의 공통점은 추출액 중에서 매트릭스를 화학적으로 용해하고 나서, 여과에 의해서 각각의 추출액으로부터 목적으로 하는 석출물 등을 회수해서 분석하는 점에 있다. 이들 방법은 목적으로 하는 석출물 등의 종류에 따라 구분하여 사용되고 있다. 산용해법이나 할로겐법은 탄화물이나 황화물을 용해하므로 산화물계 개재물만을 선택적으로 추출하는 경우에 사용되는 경우가 많다. 거의 모든 석출물 등을 철강재료로부터 손실없이 추출하는 경우에는 특히 비수용매계 전해액을 이용한 전해법이 이용되고 있다.
한편, 첨가원소의 고용 함유율을 직접적으로 분석하는 공지기술은 없다. 유사기술로서 비특허문헌 3을 들 수 있다. 비특허문헌 3은 상기 산분해법에 있어서의 여과액 부분을 분석하는 방법, 즉, 산으로 용해한 강 중의 알루미늄을 분석하는 방법이다. 이 방법에 있어서는 분석결과가 고용된 알루미늄의 함유율과 산 가용성의 석출된 알루미늄의 함유율의 합산값으로 되기 때문에, 정확한 알루미늄의 고용 함유율을 얻을 수는 없다. 따라서, 고용성분만을 분석하기 위해서는 예를 들면, 스파크방전 발광 분광 분석법(JIS G1253 2002) 등으로 분석한 주목성분의 함유율에서, 상기 전해법으로 분석한 주목성분의 석출 함유율을 차감하는 간접적인 (1)식의 방법(이하, 간접법이라 함)이 고려된다.
[sol.A]=[total A]-[pre.A]…(1)
여기서, [sol.A] : A원소의 고용 함유율
[total A]: A원소의 함유율
[pre. A] : A원소의 석출 함유율
(1)식에 있어서의 각 함유율의 분석 정밀도는 각 함유율의 분석결과의 표준 편차 σ로 논의할 수 있다. 고용 함유율[sol.A]의 분석결과의 표준편차 σsol .A는 함유율[total A]의 분석결과의 표준편차 σtotalA와 석출 함유율[pre.A]의 분석결과의 표준편차 σpre .A에 의해서, 통계적으로 (σtotalA 2＋σpre .A 2)1/2로 나타난다. 즉, 함유율의 표준편차 σtotalA와 석출 함유율의 표준편차 σpre .A의 적어도 1개가 큰 경우에는 간접법의 고용 함유율[sol.A]의 분석 정밀도는 필연적으로 악화된다. 또, 일반적으로, 분석결과의 오차의 크기는 분석대상 원소의 함유율에 비례해서 커지기 때문에, 간접법은 석출 비율이 큰 경우에, 특히 분석 정밀도가 나빠지는 문제가 있다.
여기서, 상기 간접법에 대한 강중 석출물 등의 미세화에 수반하는 문제를 기술한다. 근래의 철강재료 제조 기술은 현저히 진전하고 강재 중의 석출물 등은 수나노미터의 크기로까지 미세화되었다. 이들 미세한 석출물 등을 강 중으로부터 추출해서 여과 회수 조작을 실행하면, 석출물 등의 포집누락이 불가피하게 발생하기 때문에 석출 함유율에는 부의 오차가 생긴다. 반대로 간접법의 고용 함유율에는 정의 오차가 생긴다. 그래서, 미세한 석출물 등을 포함하는 시료의 경우에는 필연적으로 분석의 대상으로 되는 석출물 등의 크기보다도 작은 구멍직경의 필터를 이용하게 되지만, 수나노미터 사이즈의 석출물 입자를 액체로부터 완전히 분리할 수 있는 필터는 존재하지 않는다. 가령, 서브 나노미터의 구멍직경의 필터가 개발되었다고 해도, 여과속도의 현저한 저하가 작업성을 다대하게 저해하는 것은 명백하다. 이들은 철강에 한정된 문제가 아니며, 비특허문헌 4에서는 구리합금 중의 미세 석출물 등을 여과 회수한 경우에 있어서, 주목원소의 석출부분과 고용부분은 분리할 수 없다고 기술되어 있다. 즉, 미세한 석출물 등을 포함하는 시료에 있어서, 간접법을 적용하는 것이 곤란하다고 고려된다.
이상 기술한 바와 같은 문제가 상정되기 때문에, 금속시료 중의 고용부분을 직접 정량할 수 있는 구체적인 공지기술은 존재하지 않았던 것으로 고려된다.
또, 특허문헌 1에는 금속시료를 그대로 용액화한 후, 그 용액을 분석해서 얻어진 원소 스펙트럼에 보정식을 이용해서 각 원소의 함유율을 구하는 용액 발광 분석방법이 개시되어 있다. 이 특허문헌 1의 경우, 이하의 2가지가 전제로 된다.
(1) 금속시료 중에 함유되어 있는 모든 원소 함유율을 합계하면 100질량%로 된다.
(2) 동시에 측정한 2원소의 강도 스펙트럼비와 2원소의 함유율비는 일정한 관계에 있다.
즉, 상기 (1)과 (2)의 전제를 동시에 만족시킬 필요가 있기 때문에, 주목원소 이외의 용액시료 중의 거의 모든 원소를 측정할 필요가 있다. 또한, 상기 (1)의 전제로부터, 금속시료의 조성과 용액시료의 조성이 대략 동일한 필요가 있고, 용액화된 시료가 금속시료의 전체조성과 다른 경우에는 적용할 수 없다.
비특허문헌 1 : 일본철강협회「철강편람 제4판(CD-ROM)」 제4권 2편 3.5
비특허문헌 2: 아그네(Agne)「최신의 철강상태 분석」40쪽 1979
비특허문헌 3: JIS G 1257「철 및 강-원자 흡광 분석방법」8.3.1.3 70쪽 1997
비특허문헌 4: 일본금속학회 「머티리어(Materia)」 제45권 제1호 52쪽 2006
비특허문헌 5: 일본철강협회「철과 강」 제79권 제6호 628쪽 1993
특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 소화59-58342호
본 발명은 금속시료 중의 주목원소의 고용 함유율을 간편, 신속하고 또한 직접적으로 구하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 우선, 고용성분만을 직접 분석하는 방법으로서, 비수용매계 전해액을 이용한 전해법으로 매트릭스를 용해한 후, 이 비수용매계 전해액을 분석하는 것에 주목하였다.
그러나, 상술한 바와 같이, 미세한 석출물 등을 함유하는 시료에 있어서는 비수용매계 전해액을 여과해서 미용해 잔사(찌꺼기)를 제거한 후 여과액을 이용했다고 해도, 여과액 중에는 석출물 등이 혼입되어 고용 함유율의 분석값에 정의 오차를 준다고 하는 문제가 있다.
그래서, 발명자들은 비수용매계 전해액을 이용한 전해법에 있어서의, 미세한 석출물 등을 포함하는 시료에 대해 검토하고, 이하의 검토결과를 얻었다.
(A) 전해 중 또는 전해 후의 금속시료에 석출물 등이 부착되어 있는 상태에서 전해액을 채취함으로써, 석출물 등은 전해 후 또는 전해 중의 금속시료의 잔부(殘部)(표면)에 기본적으로는 모두 부착되어 있다.
(B) 전해액 중에는 주목원소의 고용분만이 추출되어 있다.
(C) 전해액을 분석함으로써, 석출물 등의 혼입이 없는 주목원소의 고용 함유율이 얻어진다.
상기 검토결과에 의거하여, 다음에, 비수용매계 전해액 중의 주목원소의 분석방법에 대해 검토하였다. 비수용매 중의 금속원소를 정확하게 정량함에 있어서는 이하의 문제점이 고려된다.
(a) 전해액인 채 직접 혹은 별도의 유기용매로 희석해서 측정하는 방법의 경우에는 유기용매는 기화하기 쉽기 때문에 일정량으로 하는 것이 곤란하고, 화기나 인체에 영향 등의 안전면에서도 배려하지 않으면 안 되는 등, 취급이 간단하지 않다.
(b) 원소분석장치에서는 직접 측정할 수 있는 유기용매가 한정되고, 비수용매계 전해액의 대부분은 이것에 해당하지 않는다.
(c) 전해법과 같은 고체를 용액화해서 분석하는 방법에서 얻어지는 결과는 단위체적당 질량(예를 들면, g/l)으로 되기 때문에, 고체 중의 질량 함유율을 구하기 위해서는 용해된 주목원소의 질량과 용해된 고체의 질량으로 환산하지 않으면 안 된다. 주목원소의 감량분을 알기 위해서는 용해시킨 액체의 체적을 정확하게 측정해야 한다. 그러나, 비수용매계 전해액의 체적을 정확하게 측정하는 것은 간단하지 않으며, 그 분석결과의 진도(眞度)에 문제가 있다.
(d) 전해액을 건고(乾固)시켜 수용액으로 치환하고 나서 측정하는 방법의 경우에는 대량의 전해액(예를 들면, 철강재료의 전해작업에서는 수백 ml의 전해액이 이용됨)을 건고시키지 않으면 안 되고, 증발조작의 후기에 있어서, 전해액 성분의 킬레이트제나 전해에 의해서 용해된 금속성분 등이 농화하여 증발속도가 저하해 버리는 점 등을 고려하면 매우 번잡하다.
이와 같이, 전해액 중의 주목원소의 분석을 실행할 수 있었다고 해도, 간편하고 또한 신속하게 실행한다고 하는 점에서 문제가 남는다.
그래서, 전해액을 전량 분석하는 것이 아니라, 전해액으로부터 일부를 채취하고 분석함으로써 상기 문제를 해결할 수 없을지에 대해 고려하였다. 검토한 결과, 고체에서 액체로 변화해도, 상태변화에 대해 불변적인 원소를 지표로 해서, 즉 비교원소로서 주목원소의 고용농도를 상대적으로 구하면, 액체 중의 농도로부터 목적으로 하는 주목원소의 고용 함유율에 귀착할 수 있는 것을 발견하였다. 즉, 채취된 전해액 중의 주목원소와 비교원소의 농도비를, 별도의 방법으로 구한 고체시료 중의 비교원소의 함유율로 보정함으로써, 대량의 유기용매를 취급하는 일 없이 주목원소의 고용 함유율이 얻어지는 것에 상도(想到)하였다.
이상의 검토에서 보면, 금속시료(고체) 중에 있어서의 주목원소 i의 고용 함유율 sol. Ci는 채취한 전해액 중의 주목원소 i의 농도 Ki와 비교원소 m의 농도 Km을 각각 측정해 두고, 양자의 비 Ki/Km에 금속시료(고체) 중의 비교원소의 함유율 Cm을 곱하는 것에 의해서 얻어지는 것을 알 수 있다(하기 식(2) 참조). 그리고, 상기의 사고법을 이용하면, 전해액 전량을 분석하고 측정하지 않고, 목적으로 하는 주목원소의 고용 함유율이 구해지게 된다.
Figure 112009078170354-PCT00001
본 발명은 이상의 지견에 의거하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.
[1] 비교원소와 주목원소를 함유하는 금속시료를 전해액 중에서 전해하는 전해공정과,
상기 전해액의 일부를 채취하는 채취공정과,
상기 채취된 전해액을 분석하는 분석공정과,
해당 분석의 결과를 토대로, 전해액 중에 있어서의 비교원소에 대한 주목원소의 농도비를 산출하는 농도비 산출공정과,
산출된 농도비에 금속시료에 있어서의 비교원소의 함유율을 곱하여, 주목원소의 고용상태에서 존재하는 함유율을 산출하는 함유율 산출공정을 갖는 금속시료의 분석방법.
[2] 상기 채취공정은 전해 중에 상기 전해액의 일부를 채취하는 것으로 이루어지는 [1]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[3] 상기 채취공정은 전해 후에 상기 전해액의 일부를 채취하는 것으로 이루어지는 [1]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[4] 상기 채취공정은 전해 후에 금속시료의 잔부를 전해액으로부터 제거하고, 다음에 해당 전해액의 일부를 채취하는 것으로 이루어지는 [1]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[5] 상기 채취공정은 상기 전해액을 여과하고, 여과 후의 전해액의 일부를 채취하는 것으로 이루어지는 [1]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[6] 상기 채취공정은 5㎖ 이하의 전해액을 채취하는 것으로 이루어지는 [1]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[7] 상기 분석공정은 채취한 전해액을 킬레이트제 수용액과 혼합해서, 비교원소 및 주목원소를 수용성 킬레이트로 한 후에 분석하는 것으로 이루어지는 [1]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[8] 상기 킬레이트제 수용액은 에틸렌디아민사초산염 수용액인 [7]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[9] 석출물과 개재물을 제거하기 위해, 채취한 전해액을 반투막을 통해 투석처리를 실행하는 공정을 더 갖는 [1]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[10] 상기 분석공정은,
채취한 전해액에 킬레이트제를 첨가해서 수용액을 형성하는 수용액 형성공정과,
상기 수용액 중에 미세한 입자를 함유하고 있지 않은 것을 확인하는 확인공정과,
확인 후에 상기 수용액을 분석하는 수용액 분석공정으로 이루어지는 [1]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[11] 상기 확인공정은 수용액을 고감도 분석장치에 도입하고, 시간분해 측광한 경우의 신호강도의 안정성을 지표로 해서 확인하는 것으로 이루어지는 [10]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[12] 상기 비교원소는 석출물과 개재물을 형성하지 않는 원소인 [1]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[13] 상기 금속시료는 철강이고, 상기 비교원소는 철인 [1]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[14] 상기 금속시료는 스테인리스강이고, 상기 비교원소는 크롬 또는 니켈인 [1]에 기재된 금속시료의 분석방법.
[15] 상기 금속시료는 구리합금이고, 상기 비교원소는 구리인 [1]에 기재된 금속시료의 분석방법.
도 1은 본 발명에 관한 ICP-AES에서 측정한 미립자가 포함되는 경우와, 미립자가 포함되지 않는 경우의 광강도의 추이를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 관한 판정스텝을 넣은 경우의 분석 흐름을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 관한 이온강도의 경시변화를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 관한 이온강도의 경시변화를 나타내는 도면.
본 발명은 금속시료를 전해액 중에서 전해하고, 전해 중 및/또는 전해 후에 상기 전해액의 일부를 채취하고, 상기 채취된 전해액을 분석하며, 분석의 결과를 토대로, 하기 (1)∼(2)의 방법에 의해 주목원소의 고용 함유율을 얻는 것을 특징으로 한다. 또한, 주목원소와 비교원소 모두, 금속시료 중에 포함되어 있는 원소로부터 선택되는 것이다.
(1) 전해액 중에 있어서의, 비교원소에 대한 주목원소의 농도비를 산출한다.
(2) (1)에 의해 산출된 농도비에, 금속시료에 있어서의 비교원소의 함유율을 곱한다.
본 발명의 기본적인 기술사상은 다음과 같다.
1) 전해 중 또는 전해 후의 금속시료에 석출물 등이 부착되어 있는 상태에서 전해액을 채취함으로써, 전해액 중에는 주목원소의 고용분만을 추출한다.
2) 전해액의 일부를 채취한다.
3) 전해액 중의 주목원소와 비교원소의 농도비를, 별도의 방법으로 구한 고체 중의 비교원소농도로 보정한다.
예를 들면, 금속시료에 포함되는 원소는 매트릭스 중에 고용하는 부분과, 질소나 탄소 등과 화합물을 형성해서 석출하는 부분으로 나뉜다. 특히, 철강시료를 킬레이트제, 지지 전해질과 유기용매로 이루어지는 비수용매계 전해액을 이용해서 전해하는 경우, 고용부분은 비교원소와 함께 전해액 중에 용해하고, 석출부분은 미용해 잔사로서 시료 표면에 노출된다. 노출된 석출물 등은 전기적 인력에 의해서 양극인 철강시료 표면에 부착되어 있다고 고려되기 때문에, 석출물 등을 시료와 함께 전해액으로부터 꺼낼 수 있고, 그 결과, 고용부분과 석출부분의 분리가 용이하게 가능하게 된다.
분리 후의 전해액 중에 용해된 주목원소의 양을 측정하면 고용부분의 농도를 얻을 수 있다. 그러나, 비수용매계 전해액은 메탄올을 주체로 한 유기용매로 휘발성이 높고 또한 수백 ㎖나 되는 용량으로 되기 때문에, 무기원소의 함유량을 측정하는 것은 용이하지 않다. 그래서, 다음과 같이 해서 주목원소의 강중 고용부분의 함유율을 얻는다.
(1) 수백 ㎖의 전해액으로부터 적당량을 채취해서 건조시킨다.
(2) 건조 후, 질산 등의 광산(鑛酸)으로 용해하고 수용액으로 하고 나서 주목원소와 비교원소를 각각 적절한 용액 분석법으로 측정한다.
(3) 비교원소에 대한 주목원소의 농도비에 고체 중의 비교원소 농도를 곱하는 것에 의해, 주목원소의 강중 고용부분의 함유율을 얻는다.
이 때문에, 본 발명은 특허문헌 1과 달리, 적어도 1종류의 주목원소와 적어도 1종류의 비교원소를 측정하면 효과를 얻고, 또한 용액화된 시료가 석출물을 제 거한 고용성분과 모상성분만이라는 금속시료의 전체조성과 다른 경우에도 적응 가능하다.
이하, 본 발명방법을 상세하게 설명한다.
1) 금속시료를 전해액 중에서 전해한다.
전해액 중에 용출된 원소는 전해액 중의 킬레이트제와 착체를 형성하기 때문에, 용매인 메탄올의 증발에 의해서 얻어지는 물질은 용이하게 수용액화가 가능하다고 하는 이점이 있다. 그 때문에, 비수용매계 전해액에 이용하는 킬레이트제로서는 아세틸아세톤, 무수 말레인산, 트리에탄올아민, 사리실산 메틸 및 사리실산을 들 수 있다. 또, 지지 전해질로서는 테트라메틸암모늄 클로라이드나 염화 리튬 등이 바람직하다.
또한, 전해를 실행할 때의 제반 조건에 대해서는 특히 한정되지 않으며, 킬레이트제의 주목성분에 대한 착형성능이나 주목성분을 포함하는 석출물 등의 안정성 등에 따라 적절히 설계된다.
2) 전해 중 및/또는 전해 후에 상기 전해액의 일부를 채취한다.
전해액의 일부를 채취할 때에는 금속시료에 석출물 등이 부착되어 있는 상태에서 전해액을 채취하면 좋고, 그 채취하는 타이밍에 대해서는 재료나 조건 등에 따라 정의 설정된다. 그러나, 전기적으로 석출물 등이 시료에 부착되는 인력의 강도의 점에서 통전 중에 전해액을 채취하는 것이 바람직하다.
또, 통전 정지 후에 전해액을 채취할 때에는 금속시료의 잔부는 전해액 중에 침지되어 있는 상태라도 좋지만, 일반적으로 전해액 상층은 용해된 금속의 농도가 낮기 때문에, 최종적인 원소분석장치의 감도 등을 고려하면, 금속시료의 잔부를 전해액으로부터 제거한 후, 교반하거나, 혹은 하층으로부터 전해액을 채취하는 것이 바람직하다.
또, 전해액 중에 석출물 등이 분산된 것이 염려되는 경우에는 채취한 전해액을 적당한 필터로 여과, 혹은 원심분리 처리해서 석출물 등을 제거하고 나서 분석처리를 할 수도 있다. 또는, 전해액을 적당한 필터로 여과, 혹은 원심분리 처리해서 석출물 등을 제거한 후, 여과 후의 전해액을 채취하고 분석할 수도 있다.
또, 채취하는 양에 대해서는 다음의 공정인 전해액의 분석에 있어서, 예를 들면 검출기 감도 등을 고려한 후에 분석에 필요가능한 양이면 좋고, 특히 한정하지 않는다. 그 중에서도, 예를 들면, 1㎖의 전해액은 상온환경에서도 대략 5분 정도로 건조시키기 때문에, 전해액의 채취량으로서는 5㎖ 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1㎖ 이하이다.
3) 채취된 전해액을 분석한다.
분석하는 방법은 특히 한정은 하지 않지만, 그 중에서도, 유도결합 플라즈마(ICP) 발광 분광 분석법, ICP 질량분석법 및 원자 흡광 분석법이 바람직하다.
또한, 채취한 전해액을 상기 원소분석방법으로 분석할 때에는 건조시켜 비수용매를 제거하고 나서 수용액화하는 것이 바람직하다.
그러나, 주목원소 중에는 비수용매의 전해액에서 수용액으로 치환됨으로써 침전을 형성해 버리는 것이 있으며, 원소 측정시에 다양한 문제가 생긴다. 그래서, 전해액을 수용액화할 때에, 함유하는 주목원소의 비수용매 가용성 착체를 수용 성 착체로 변화시킴으로써, 문제없이 측정하는 것이 가능하게 된다. 즉, 채취된 전해액에 킬레이트제 수용액을 첨가해서 혼합하고, 전해액 중의 주목원소와 비교원소를 수용성 킬레이트로서 착체화시키고 나서 분석함으로써, 상기와 같은 수용액화에 의해 침전이 생긴다고 하는 문제가 해결되고, 신속하고 정확한 농도측정이 가능하게 된다. 킬레이트제로서는 금속원소와의 친화력이 강한 에틸렌디아민사초산염(이하, EDTA라 함) 등이 바람직하다. 그러나, 특히 한정되지 않으며, 1,2-시클로헥산디아민사초산(CyDTA)이나, 1,2-디히드록시-3,5-벤젠디술폰산, 나트륨염(Tiron) 등도 들 수 있다.
또, 시료의 대부분을 전해한 경우나 석출물을 매우 많이 포함하는 시료를 대상으로 하는 경우에, 석출물 등의 일부가 시료 표면으로부터 박리해서 전해액 중으로 분산하고, 고용 분석값에 정의 오차를 주는 것이 고려될 때에는 반투막을 통해 채취한 전해액을 투석처리하면, 석출물 등을 제거할 수 있다.
또한, 상기 전해액 중에 분산된 석출물 등의 크기가 수백 나노미터 이상으로 충분히 큰 것을 알 수 있는 경우에는 석출물 등보다도 작은 구멍직경을 갖는 필터로 상기 전해액을 여과한 여과액을 분석하면 좋다. 필요에 따라, 상기 수용성 킬레이트를 첨가한 용액을 투석처리하고 나서 분석할 수도 있다. 상기 수용성 킬레이트를 첨가한 용액 중에 포함되는 금속 착체는 반투막을 통해 투석액(순수한 물)으로 이행하지만, 입자인 석출물 등은 이행할 수 없으므로, 석출물 등이 채취한 전해액에 포함되는 경우에는 유효하게 된다.
반투막을 이용한 투석처리는 조작에 시간을 필요로 하기 때문에, 모든 케이 스에 적용하는 것은 득책은 아니다. 단, 시료의 조성/크기 등으로부터 전해액 중으로의 결락의 유무를 판단하는 것은 어렵고, 간편한 방법에 의해서 투석조작의 필요성을 판별하는 것이 바람직하다. 특히, 본 방법에서는 고용 함유량 결정을 위한 분석은 수용액 시료를 대상으로 한 방법이며, 다양한 분석장치에의 도입이 용이하다.
이들 실현가능한 방법으로서, 예를 들면 ICP-AES나 ICP-MS 등의 고감도 분석방법으로의 도입이 고려된다. 이들 장치의 대부분은 감도조정용 등의 목적으로부터 시간분해 측광 기능을 갖고 있는 경우가 많고, 그렇지 않은 경우에도 분석장치로부터 검출기에 있어서의 광감도에 대응한 전압의 아날로그 신호를 꺼내는 것은 비교적 용이하다. 이것을 이용해서, 다음과 같은 조작으로 미립자의 혼입을 판별가능한 것을 발견하였다. 즉, 킬레이트제를 첨가한 수용액을 그대로 분석장치에 도입하고, 광강도의 시간분해 측광을 실행함으로써 미립자의 존재 유무를 확인할 수 있는 것에 상도하였다. 도 1에 ICP-AES에서 측정한, 미립자가 포함되는 경우와, 그렇지 않은 경우의 광강도의 추이를 나타낸다. 입자가 포함되지 않는 경우에는 용해성분의 검출만이기 때문에, 검출되는 광강도는 안정하다. 이에 반해, 수 10㎚ 이하의 미세한 것이어도, 입자가 혼재하고 있던 경우에는 간헐적으로 강한 피크가 검출되고 있다. 이것은 입자의 도입으로 단시간에 대량의 측정대상 원소가 여기, 검출되었기 때문이며, 고용성분의 정량의 관점에서는 정의 오차를 부여할 가능성이 있다.
즉, 이 방법을 이용함으로써, 상기의 투석처리 등 더욱 정밀한 분급조작을 실행할지 실행하지 않을지의 판정을 실행하는 것이 가능하게 된다, 이와 같은 판정 스텝을 넣은 경우의 분석흐름의 일예를 도 2에 나타낸다. 단, 판정을 위한 분석은 다른 방법을 이용해도 상관없고, 입자의 존재를 나타내는 피크의 검출빈도가, 분석값에 대해 무시할 수 있을 정도로 작은 경우에는 검출되었다고 해도 투석처리를 생략해도 상관없다. 구체적인 판정의 기준은 시료나 경우에 따라 상세를 결정하는 것이 바람직하다.
또, 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 채취 전해액 중에 포함되는 주목원소와 비교원소의 농도의 상대값을 중요한 요건으로 하기 때문에, 전해액으로부터의 채취량은 정확할 필요는 없고, 또한 건조나 용해공정에서 용액의 일부가 손실되는 것도 전혀 문제로 되지 않는다.
비교원소로서는 철강의 경우는 철, 스테인리스강의 경우는 철, 크롬 혹은 니켈, 구리합금의 경우는 구리와 같이, 금속시료 중의 주된 성분이고 또한 석출물 등을 형성하지 않거나, 또는 형성했다고 해도 그 비율이 극히 약간인 원소를 선택하는 것이 바람직하다. 단, 구체적인 비교원소로서는 상기 예에 한정되지 않고, 어느 정도 이상의 양이 포함되는 원소이면, 비교원소로서 이용할 수 있을 가능성이 있다. 또한, 복수 원소를 비교원소로서 선택해도 좋다. 예를 들면, 스테인리스강의 경우, 철, 크롬 및 니켈 중 2종 이상의 원소를 선택하고, 비교원소의 전해액 중의 농도는 선택한 원소의 전해액 중의 농도의 합계값, 및 비교원소의 함유율은 선택한 원소의 함유율의 합계값으로 해도 좋다.
4) 상기 3)의 분석결과를 토대로, 하기 (1)∼(2)의 방법에 의해 주목원소의 고용 함유율을 얻는다.
(1) 전해액 중에 있어서의, 주목원소 i의 농도 Ki와 비교원소 m의 농도 Km을 각각 측정하여, 농도비(Ki/Km)를 산출한다.
(2) (1)에 의해 산출된 농도비에, 금속시료에 있어서의 비교원소 Cm의 함유율을 곱한다. 상기 (1)(2)의 결과, 고체 중의 주목원소 i의 고용 함유율 sol. Ci가 얻어진다(식 (2) 참조)
Figure 112009078170354-PCT00002
여기서, 고체 중의 비교원소의 함유율을 구하기 위한 방법으로서는 스파크방전 발광 분광 분석방법(JIS G1253 2002), 형광 X선 분석방법(JIS G1256 1997), ICP 발광 분광 분석법 및 ICP 질량분석법 등에 의해 얻어진 비교원소 이외의 원소의 합계값을 100%에서 감산하는 방법이 적당하다.
실시예 1
철강시료 중의 바나듐(V)의 고용 함유율 sol. CV와 니오븀(Nb)의 고용 함유율 sol. CNb를 분석한 예를 구체적으로 설명한다.
표 1에 나타내는 철강인증 표준물질을 적절한 크기로 절단해서, 표면을 충분히 연삭한 후, 다음에 나타내는 본 발명법과 비교법에 의해 분석을 실행하였다. 또한, 표 1의 철 이외의 조성값은 인증값이며, 철의 조성값은 100%에서 철 이외의 원소의 조성값을 합계한 값을 감산해서 구한 계산값이다.
Figure 112009078170354-PCT00003
본 발명법
우선, 약 300㎖의 10%AA계 전해액(10vol% 아세틸아세톤-1mass% 염화 테트라 메틸암모늄-메탄올)을 이용해서, 상기 철강시료를 약 0.5g 정전위 전해한다.
다음에, 통전 완료 직전에, 시료를 전해액 중에 유지한 채 약 300㎖의 전해액으로부터 약 1㎖를 채취해서 비커 내에서 건고시키고, 잔류물을 질산으로 가열 용해해서 분석 용액으로 한다(나머지의 전해액 및 꺼낸 시료에 부착된 잔사는 이후의 분석에는 제공하지 않는다).
얻어진 분석용액 중의 바나듐의 농도(KV) 및 니오븀의 농도(KNb)와, 비교원소로서 선택한 철의 농도(KFe)를, 각각 ICP 질량분석장치로 측정한다. 얻어진 각각의 농도비(KV/KFe, KNb/KFe)에, 비교원소(철)의 함유율(CFe)(표 1의 철의 조성값)을 곱하여, 철강시료 중의 바나듐의 고용 함유율(sol.CV)과 니오븀의 고용 함유율(sol.CNb)을 얻는다.
비교법
종래기술로서 철강시료 중의 금속원소의 고용 함유율을 직접 분석하는 방법이 없으므로, 여기서는 비교법으로서 (사)일본철강협회가 추천하는 석출물 분석법으로, 상기 철강인증 표준물질의 석출물 등을 분석하여 주목원소마다의 석출 함유율을 구하고, 인증값(강 조성값)에서 상기 석출 함유율을 감산하여 고용 함유율을 구하는 것으로 한다.
우선, 약 300㎖의 10%AA계 전해액을 이용하여, 상기 철강시료를 약 0.5g 정전위 전해한다. 다음에, 통전 완료 후, 시료를 전해액 중으로부터 천천히 끌어올려 꺼내고, 약 100㎖의 메탄올을 넣은 별도의 비커에 옮겨 담고, 초음파진동을 부여해서 시료 표면에 부착된 석출물 등을 제거한다. 시료 표면이 금속 광택을 띠면 초음파진동을 정지시키고, 시료를 비커로부터 꺼내어 메탄올로 세정하고 나서 건조시킨다. 건조 후, 천칭으로 시료 중량을 측정하여, 전해 전의 시료 중량에서 차감해서 전해 중량을 계산한다.
그리고, 상기 전해액 및 메탄올을 구멍직경 0.2㎛의 필터로 흡인 여과해서, 잔사를 필터상에 포집한다. 또한, 잔사를 필터와 함께 혼산(混酸)으로 가열 용해해서 용액화한 후, ICP 발광 분광 분석장치로 분석해서 잔사 중의 바나듐의 절대량 및 니오븀의 절대량을 측정한다. 얻어진 잔사 중의 바나듐의 절대량 및 니오븀의 절대량을 전해 전후의 시료 감량으로 각각 나누어, 바나듐의 석출 함유율 및 니오븀의 석출 함유율을 얻는다.
이상에 의해 얻어진 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112009078170354-PCT00004
표 2로부터, 본 발명법의 고용 함유율은 비교법과 잘 일치하고 있는 것을 알 수 있지만, 이것은 비교법과 함께 본 발명법에 의한 고용 함유율이 정확한 결과인 것을 나타내고 있다. 또한, 실시예 1에서는 발명법의 검증을 위해 함유 석출물 등이 충분히 크다고 생각되는 철강인증 표준시료를 이용했으므로, 비교법에서도 정확한 고용금속농도를 분석할 수 있었다. 그러나, 나노/서브나노 사이즈의 석출물 등을 포함하는 바와 같은 시료의 경우에는 비교법에서는 정확한 고용 금속농도를 분석할 수는 없다. 나노/서브나노 사이즈의 석출물 등을 포함하는 바와 같은 시료의 경우에는 현상, 본 발명법만이 정확한 고용금속 함유율 정량법으로 된다.
또, 상기 본 발명법과 비교법에 있어서의 1시료당 분석시간의 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 공통 조작인 전해시간은 공제하였다.
Figure 112009078170354-PCT00005
표 3으로부터, 본 발명법에서는 여과, 잔사분해 등의 번잡한 공정, 및 정용(定容)/냉각공정과 같은 시간이 걸리는 공정이 없는 분만큼, 비교법에 비해 분석시간이 짧고, 간편하고 또한 신속한 방법인 것을 알 수 있다.
실시예 2
이하, 실시예 2로서 철강시료 중의 티탄의 고용 함유율 sol. CTi를 분석한 예를 구체적으로 설명한다.
표 4에 나타내는 조성으로 이루어지는 강괴를 2개 준비하고, 각각 1250℃×60분간 가열하고, 마무리 온도 1050℃로 압연한 후, 표 5에 나타내는 조건으로 열처리하였다. 다음에, 방냉 후, 적절한 크기로 절단해서 표면을 충분히 연삭한 후, 이하에 나타내는 발명법과 비교법에 의해 분석을 실행하였다.
또한, 표 4의 철 이외의 조성값은 스파크방전 발광 분광분석법 등의 일반적인 방법으로 분석한 값이며, 철의 조성값은 100%에서 철 이외의 원소의 조성값을 합계한 값을 감산해서 구한 계산값이다.
또, 각 시료에 대해, 발명법 및 비교법에 의한 고용한 티탄의 분석은 각각 4회 반복하였다.
Figure 112009078170354-PCT00006
Figure 112009078170354-PCT00007
또, 전자현미경 관찰에 의해서, 각각의 시료에서 확인된 석출물 등의 크기의 개략을 표 5에 아울러 나타낸다. 표 5로부터, 시료 A는 통상 흔히 보이는 크기의 석출물 등을 갖지만, 시료 B는 나노미터 수치의 미세한 석출물 등도 갖고 있는 것을 알 수 있다.
본 발명법
우선, 약 300㎖의 10%AA계 전해액(10vol% 아세틸아세톤-1mass% 염화 테트라메틸암모늄-메탄올)을 이용하여, 상기 철강시료를 약 0.5g 정전위 전해한다.
다음에, 통전 완료 직전에, 시료를 전해액 중에 유지한 채 약 300㎖의 전해액으로부터 약 1㎖를 채취해서 비커 내에서 건고시키고, 잔류물을 질산으로 가열용해해서 분석 용액으로 한다(나머지의 전해액 및 꺼낸 시료에 부착된 잔사는 이후의 분석에는 제공하지 않는다).
얻어진 분석용액 중의 티탄 농도(KTi) 및 비교원소로서 선택한 철의 농도(KFe)를, 각각 ICP 질량분석장치로 측정한다. 그 농도비(KTi/KFe)에, 비교원소의 함유율(CFe)(표 4의 철의 조성값)을 곱하여, 철강시료 중의 티탄의 고용 함유율(sol. CTi)을 얻는다.
비교법
종래기술로서, 철강시료 중의 금속원소의 고용 함유율을 직접 분석하는 방법이 없으므로, 여기서는 비교법으로서 (사)일본철강협회가 추천하는 석출물 분석법에 의해 상기 시료 중의 티탄의 석출 함유율을 분석하고, 표 4에 나타낸 강 중에 있어서의 티탄의 함유율에서 석출 함유율을 감산하여 고용 함유율을 구하는 것으로 한다.
우선, 약 300㎖의 10%AA계 전해액을 이용해서, 미리 천칭으로 중량을 측정한 상기 철강시료를 양극으로 해서 약 0.5g를 정전위 전해한다.
다음에, 통전 완료 후, 시료를 전해액 중으로부터 천천히 끌어올려 꺼내고, 약 100㎖의 메탄올을 넣은 별도의 용기에 옮겨 담고, 초음파진동을 부여해서 시료 표면에 부착된 석출물 등을 제거한다. 시료 표면이 금속 광택을 띠면 초음파진동을 정지시키고, 시료를 용기로부터 꺼내어 메탄올로 세정하고 나서 건조시킨다. 건조 후, 천칭으로 시료 중량을 측정해서, 전해 전의 시료 중량에서 차감하여 전해 중량을 계산한다.
그리고, 전해액 및 메탄올을 구멍직경 0.2㎛의 필터로 흡인 여과해서, 잔사를 필터상에 포집한다. 또한, 잔사를 필터와 함께 질산, 과염소산 및 황산의 혼합용액으로 가열 용해해서 용액화한 후, ICP 발광 분광 분석장치에 의해 분석해서 잔사 중의 티탄 절대량을 측정한다. 이 잔사 중의 티탄 절대량을, 먼저 구한 전해 중량으로 나누어 티탄의 석출 함유율을 얻는다. 얻어진 티탄의 석출 함유율을, 표 4의 티탄의 조성값으로부터 감산해서, 티탄의 고용 함유율을 산출한다.
이상, 본 발명법 및 비교법에 의해 얻어진 결과를 표 6에 나타낸다.
Figure 112009078170354-PCT00008
표 6으로부터, 우선, 본 발명법과 비교법의 진도를 비교한다. 석출물 등이 마이크로미터 수치로 통상 대(大)인 시료 A에 있어서는 본 발명법과 비교법의 평균 분석값(고용 함유율)은 대략 일치하였다. 따라서, 본 발명법에서 얻어진 결과는 석출물 등을 포함하지 않는 정확한 티탄의 고용 함유율인 것이 나타났다. 또, 미세한 석출물 등을 갖는 시료 B에 있어서는 본 발명법의 고용 함유율은 비교법보다도 매우 낮은 결과를 나타냈다. 이것은 시료 B에 포함되는 석출물 등이 매우 미세하고 또한 양이 적기 때문에, 비교법에서는 석출물 등의 여과 회수 조작으로 포집 누락이 발생하여, 티탄의 석출 함유율이 낮은 값을 나타내고, 계산상, 고용 함유율이 높아진 것이 원인이다. 이것으로부터, 작은 석출물 등을 포함하고, 또한 그 양이 적은 시료인 경우에는 비교법의 고용 함유율보다도 본 발명법의 고용 함유율 쪽이 진도가 높은 것이 명확하게 되었다.
다음에, 본 발명법과 비교법의 분석 정밀도를 비교한다. 시료 A에서는 비교법의 표준편차 σ가 본 발명법에 비해 약간 작지만, 시료 B에서는 본 발명법의 표준편차 σ가 비교법에 비해 매우 작다.
시료 A에서는 티탄 함유율의 2할 이상이 석출부분, 나머지 8할 이하가 고용부분이다. 그 때문에, 본 발명법에서는 8할 이하의 고용부분을 분석대상으로 하는데 반해, 비교법에서는 2할 이상의 석출부분을 분석대상으로 하기 때문에, 비교법의 표준편차 σ가 작아졌다고 고려한다.
한편, 시료 B에서는 석출한 티탄(석출부분)이 티탄 함유율의 6할 정도로 되어 있다. 그 때문에, 4할 정도의 고용부분을 직접 분석하는 본 발명법 쪽이 6할 정도의 석출부분을 분석하는 비교법에 비해 정밀도가 우수하다. 또한, 비교법에서는 함유하고 있는 석출물 등의 크기와 양의 문제로부터, 비교법에 있어서의 석출물 등의 여과 회수가 안정되어 있지 않기 때문에, 분석 정밀도가 매우 나쁘게 되어 있는 것으로 고려된다. 따라서, 본 발명법은 미세한 석출물 등을 갖는 시료에 대해, 또, 특히 석출 비율이 높은 원소에 대해, 비교법보다도 정밀도 좋게 고용 함유율을 분석 가능하다고 할 수 있다.
이상으로부터, 본 방법은 재료 중의 주목원소의 고용 함유율을 직접 분석 가능하고, 시료에 함유하는 석출물 등의 미세화나 그 양에 영향을 받는 일 없이, 진도가 높은 고용 함유율을 제공하는 것이 가능한 것이 명백하게 되었다.
실시예 3
이하, 실시예 3으로서, 철강시료를 전해하고, 전해액의 일부를 채취해서 분석한 예를 구체적으로 설명한다.
우선, 표 1에 나타낸 철강인증 표준물질 JSS1008-1을 양극으로 해서, 약 300㎖의 10%AA계 전해액 중에서 약 0.5g을 정전위 전해한다. 전해 후의 전해액을 약 1 ㎖ 채취해서, 이하에 나타낸 본 발명법과 비교법의 각각의 처리를 실행하여 비교하였다.
본 발명법
약 300㎖의 전해액으로부터 약 1㎖을 시험관 내에 채취해서, 0.1mol/L 에틸렌디아민사초산 이암모늄 수용액을 0.4㎖ 첨가해서 건고시킨다. 잔류물을 약 20㎖의 순수한 물로 가온해서 용해하고 분석용액으로 하고, ICP 질량분석장치에 도입해서, 바나듐, 철 및 몰리브덴의 이온강도를 경시적으로 측정하였다.
비교법
약 300㎖의 전해액으로부터 약 1㎖을 시험관 내에 채취해서 건고시킨다. 잔류물에 (1+1) 질산 2㎖을 첨가해서 가온 용해하고 순수한 물로 약 20㎖로 정용해서 분석용액으로 하고, ICP 질량분석장치에 도입해서, 바나듐, 철 및 몰리브덴의 이온 강도를 경시적으로 측정하였다.
본 발명법 및 비교법에 있어서 계측된 이온강도의 경시 변화를 각각 분석개시 5분후의 값을 기준으로 해서 도 3, 도 4에 나타낸다. 본 발명법에서는 측정한 바나듐, 철 및 몰리브덴의 어느 것의 이온강도도 측정개시의 약 2분 후에는 안정된 강도에 도달하였다. 그러나, 비교법에 있어서는 바나듐과 철은 마찬가지로 측정 개시의 2분 후에 강도가 안정화되었지만, 몰리브덴의 이온강도는 측정 개시부터 5분이 경과해도 안정화되는 일은 없었다.
일반적으로, ICP 질량분석장치에서는 액체시료를 모세튜브로 빨아 올리고 나서 안개화, 이온화, 검출이라고 하는 공정에서 계측이 실행된다. 그 때문에, 시료용액을 장치에 도입한 시점부터 계측을 개시한 경우, 시료용액 중의 원소를 검출할 때까지는 어느 정도의 시간이 필요하게 된다. 통상, 이 시간은 원소에 따라 다른 일은 드물며, 비교법에 있어서의 몰리브덴의 거동은 채취한 전해액 중의 몰리브덴의 일부가 질산용액 중에서 불안정하게 되고 미세한 침전을 형성했기 때문에, 완전히 용해되어 있는 바나듐이나 철에 비해, 분석장치의 검출부로의 도달에 지연이 생겼기 때문이다. 한편, 본 발명에서는 용액 중의 몰리브덴 이온은 EDTA에 의해서 수용성의 안정 킬레이트를 형성했기 때문에 침전 생성이 방지되고, 몰리브덴의 이온 강도는 바나듐이나 철과 마찬가지의 거동을 나타낸 것으로 고려된다.
정밀도가 좋은 분석값을 얻기 위해서는 이온강도의 안정화 후의 계측이 필요하게 되지만, 비교예의 경우에는 다대한 분석시간을 필요로 하는 것이 명백하다.
실시예 4
이하, 실시예 4로서, 표 5의 시료 B를 이용해서 전해액 중에 석출물이 분산된 경우에 있어서의 철강재료 중의 고용티탄의 분석예를 구체적으로 설명한다. 또한, 발명법 및 비교법에 의해 고용된 티탄의 분석은 각각 4회 반복하였다.
본 발명법
표 5의 시료 B를 공시료로 하고, 약 300㎖의 10%AA계 전해액(10vol% 아세틸아세톤-1mass% 염화 테트라메틸암모늄-메탄올)을 이용하여, 약 0.5g 정전위 전해한다.
다음에, 전해 완료 후, 전해액 중에서 시료에 초음파를 부여해서, 시료 표면에 부착된 석출물 등을 의도적으로 전해액 중으로 분산시킨다. 전해액을 교반한 상태에서 약 5㎖을 비커에 채취해서 0.1mol/L 에틸렌디아민사초산 이암모늄 수용액을 2㎖ 첨가해서 건고시킨다. 잔류물을 약 50㎖의 순수한 물로 가온해서 용해한 용액과 투석액(순수한 물)을 반투막(분화(分畵) 분자량 2000)을 통해 접촉시키고, 12시간 이상 방치하고 나서 투석액을 회수하였다. 회수한 투석액에 질산, 과염소산, 황산을 첨가해서 가열하고, 냉각 후 분석용액으로 하였다. 얻어진 분석용액 중의 티탄농도(KTi) 및 비교원소로서 선택한 철의 농도(KFe)를, 각각 ICP 발광 분광 분석장치로 측정한다. 그 농도비(KTi/KFe)에 비교원소의 함유율(CFe)(표 4의 철의 조성값)을 곱하여, 철강시료 중의 티탄의 고용 함유율(sol. CTi)을 얻는다.
비교법
표 5의 시료 B를 공시료로 하고, 약 300㎖의 10%AA계 전해액(10vol% 아세틸아세톤-1mass% 염화 테트라메틸암모늄-메탄올)을 이용하여, 약 0.5g 정전위 전해한다.
다음에, 전해 완료 후, 전해액 중에서 시료에 초음파를 부여하여, 시료 표면에 부착된 석출물 등을 의도적으로 전해액 중으로 분산시킨다. 전해액을 교반한 상태에서 약 5㎖을 비커에 채취해서 건고시킨다. 잔류물을 질산, 과염소산, 황산으로 가열 용해하고, 냉각 후 분석용액으로 하였다. 얻어진 분석용액 중의 티탄농도(KTi) 및 비교원소로서 선택한 철의 농도(KFe)를, 각각 ICP 발광 분광분석장치로 측정한다. 그 농도비(KTi/KFe)에, 비교원소의 함유율(CFe)(표 4의 철의 조성값)을 곱하여, 철강시료 중의 티탄의 고용 함유율(sol. CTi)을 얻는다.
표 7에 본 발명법과 비교법에 있어서의 티탄의 고용 함유율을 나타내었다. 본 발명법에서는 실시예 2의 발명법의 결과와 동등한 정확한 고용 티탄 분석값을 나타냈지만, 비교법의 고용 티탄 분석값은 실시예 2의 결과보다도 배 이상의 높은 값이었다. 이것은 채취한 전해액 중에 석출물 등이 포함되어 있던 경우, 본 발명법에서는 티탄 석출물 등이 제거되어 정확한 고용 티탄 분석값을 부여하지만, 비교법에서는 티탄 석출물 등이 제거되지 않기 때문에, 석출 티탄과 고용 티탄의 합계가 고용 티탄 분석값으로 되었기 때문이다. 이상으로부터, 본 발명법은 석출물이 전해액 중에 분산된 경우에 있어서도, 정확한 고용 금속 분석값을 부여하는 분석방법인 것이 나타났다.
Figure 112009078170354-PCT00009
본 발명 방법에 따르면, 금속시료 중의 주목원소의 고용 함유율을 정확하게 직접 정량할 수 있다. 본 발명 방법은 나노/서브나노 사이즈와 같은 미소한 석출물 등을 포함하는 금속시료에 대해서도 적용할 수 있고, 석출물 등의 크기나 양에 영향을 받지 않고, 모든 금속시료에 대해서 적용 가능한 방법이다.
그리고, 본 발명에서는 전해액의 일부를 채취/분석해서 전해액 중의 주목원소와 비교원소의 농도비를 토대로 주목원소의 고용 함유율을 구하기 때문에, 주목원소의 고용 함유율을 간편하고 신속하게 구할 수 있다. 또, 비수용매계 전해액을 취급하는 경우에 고려되는 환경에 대한 문제, 휘발성에 수반하는 정량 안정성의 문제 등도 해결된다.
또한, 금속시료의 고용 함유율은 금속제품 개발을 촉진시키는 중요한 평가 인자이며, 혹은 제품 품질을 보증하는 중요한 요소로 될 수 있는 것이기 때문에, 금속시료 중의 주목원소의 고용 함유율을 직접적, 또한 정확하게 얻을 수 있는 본 발명은 산업상 유익한 발명이라 할 수 있다.

Claims (15)

  1. 비교원소와 주목원소를 함유하는 금속시료를 전해액 중에서 전해하는 전해공정과,
    상기 전해액의 일부를 채취하는 채취공정과,
    상기 채취된 전해액을 분석하는 분석공정과,
    해당 분석의 결과를 토대로, 전해액 중에 있어서의 비교원소에 대한 주목원소의 농도비를 산출하는 농도비 산출공정과,
    산출된 농도비에 금속시료에 있어서의 비교원소의 함유율을 곱하여, 주목원소의 고용상태에서 존재하는 함유율을 산출하는 함유율 산출공정을 갖는 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 채취공정은 전해 중에 상기 전해액의 일부를 채취하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 채취공정은 전해 후에 상기 전해액의 일부를 채취하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 채취공정은 전해 후에 금속시료의 잔부를 전해액으로부터 제거하고, 다음에 해당 전해액의 일부를 채취하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 채취공정은 상기 전해액을 여과하고, 여과 후의 전해액의 일부를 채취하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 채취공정은 5㎖ 이하의 전해액을 채취하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석공정은 채취한 전해액을 킬레이트제 수용액과 혼합해서, 비교원소 및 주목원소를 수용성 킬레이트로 한 후에 분석하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 킬레이트제 수용액은 에틸렌디아민사초산염 수용액인 것을 특징으로 하 는 금속시료의 분석방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    석출물과 개재물을 제거하기 위해, 채취한 전해액을 반투막을 통해 투석처리를 실행하는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석공정은,
    채취한 전해액에 킬레이트제를 첨가해서 수용액을 형성하는 수용액 형성공정과,
    상기 수용액 중에 미세한 입자를 함유하고 있지 않은 것을 확인하는 확인공정과,
    확인 후에 상기 수용액을 분석하는 수용액 분석공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 확인공정은 수용액을 고감도 분석장치에 도입하고, 시간분해 측광한 경우의 신호강도의 안정성을 지표로 해서 확인하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교원소는 석출물과 개재물을 형성하지 않는 원소인 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속시료는 철강이고, 상기 비교원소는 철인 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속시료는 스테인리스강이고, 상기 비교원소는 크롬 또는 니켈인 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속시료는 구리합금이고, 상기 비교원소는 구리인 것을 특징으로 하는 금속시료의 분석방법.
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