PL202831B1 - Sposób wytwarzania materiałów odniesienia dla miedzi o wysokiej czystości - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiałów odniesienia do określenia zawartości Ag, As, Bi, Cd, Fe, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, Te, Zn, Co, B, Mn, S, Cr, P, Si w miedzi o wysokiej czystości, poddawanych następnie badaniom jednorodności i procedurom certyfikacyjnym, a służących jako spektralne certyfikowane materiały odniesienia, zwane wzorcami, do określania składu chemicznego miedzi o wysokiej czystości.

W materiałach odniesienia służących do kalibracji spektrometrów emisyjnych zawartość domieszek musi być precyzyjnie wtopiona do metalu i jednorodna w całej masie wytworzonego materiału. Każdy wytworzony pręt jest cięty na walce o wysokości 25 mm i musi mieć taki sam skład chemiczny na całej powierzchni i głębokości.

W związku z tym, ze wzglę du na zróż nicowaną koncentrację , róż ne temperatury topnienia i lotność, dotychczas większość pierwiastków wprowadza się w postaci stopów wstępnych, w postaci czystej wprowadza się miedź jako pierwiastek podstawowy, oraz srebro jako zanieczyszczenie.

Problem precyzyjnego i jednorodnego w całej masie miedzi wtopienia pierwiastków, rozwiązuje sposób według wynalazku.

Zgodnie z wynalazkiem, do pieca próżniowego, korzystnie o pojemności 200 kg, ładuje się czystą miedź i topi ją w próżni. Po roztopieniu miedzi i odgazowaniu atmosfery pieca, do pieca wprowadza się azot w celu wytworzenia atmosfery obojętnej. Po wyrównaniu ciśnienia w piecu przystępuje się do wtapiania dodatków. Najpierw do kąpieli wtapia się czyste Ag a następnie kolejno wtapia się pozostałe pierwiastki w postaci stopów wstępnych, przy czym wszystkie dodatki wtapia się zawinięte w folię miedzianą . W pierwszej kolejności dodaje się stop wstę pny CuFe20 a po jego roztopieniu dodaje się kolejno następujące stopy wstępne: CuNi7, CuSn8, CuCo7, CuPb9, CuSe2, CuSi16, CuMn30 i CuCr6, przy czym każdy z tych stopów wstępnych wprowadza się do kąpieli metalowej dopiero po całkowitym wtopieniu uprzednio dodanego stopu wstępnego. W końcowej fazie wytopu, wtapia się kolejno pozostałe pierwiastki, także w postaci stopów wstępnych, zachowując następującą kolejność wtapiania stopów wstępnych: CuBi10, CuSb54, CuAs11, CuZn35, CuS0,8, CuP9, CuTe4, CuCd6 oraz CuB0,8, również zabezpieczone folią miedzianą, a każdy z tych stopów wstępnych wprowadza się do kąpieli metalowej dopiero po całkowitym wtopieniu wcześniej dodanego stopu wstępnego. Po wtopieniu dodatków, stop miesza się, korzystnie poprzez wychylanie pieca z tyglem, i odlewa do okrągłej wlewnicy żeliwnej, korzystnie o średnicy 125 mm, przez nadstawkę. Uzyskane wlewki toczy się mechanicznie do średnicy około 123 mm i tnie na długość około 400 mm. Tak przygotowany materiał w postaci walców wygrzewa się przez około 4 godziny w piecu komorowym w temperaturze 850-900°C i wyciska na gorąco, najlepiej na prasie o nacisku 8 MN. Po wyciśnięciu uzyskuje się pręty o ś rednicy około 40 mm, które następnie tnie się na walce o wysokości około 25 mm.

Otrzymane wzorce w postaci walców poddaje się wstępnym badaniom jednorodności rozmieszczenia wszystkich wtopionych do miedzi składników i sprawdzeniu zgodności składu chemicznego z zaplanowanym. Do wstępnego badania jednorodności pobiera się próbki co pół metra z wyciskanego materiału, stanowiącego jeden wzorzec.

Ocenę jednorodności przeprowadza się porównując intensywności linii charakterystycznych pierwiastków wchodzących w skład wzorców, wzbudzając czterokrotnie w iskrze niskowoltowej z obu stron powierzchnie czynne każdego walca.

Skład chemiczny ustala się w oparciu o analizy chemiczne wykonane metodą AAS-ICP na bazie wzorców syntetycznych.

Pozytywne wyniki badań upoważniają do przeprowadzenia statystycznej oceny jednorodności i atestacji w oparciu o analizy chemiczne, z co najmniej pięciu specjalistycznych laboratoriów chemicznych. Statystycznej ocenie poddaje się co najmniej 30% odlanego materiału.

Tak wytworzony materiał odniesienia stanowi produkt handlowy w postaci wzorca (certyfikowanego materiału odniesienia) przeznaczonego do spektralnego oznaczania zawartości Ag, As, Bi, Cd, Fe, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, Te, Zn, Co, B, Mn, S, Cr, P, Si w miedzi o wysokiej czystości, a także do określenia gatunku miedzi.

Okazuje się, że jedynie odpowiednia kolejność wtapiania poszczególnych pierwiastków w połączeniu z postacią wtapianego pierwiastka i parametrami procesu, pozwala uzyskać miedź o ściśle planowanych zawartościach dodawanych pierwiastków.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono dokładnie w poniższym przykładzie.

P r z y k ł a d

Przykład dotyczy wykonania wzorca dla miedzi o wysokiej czystości o symbolu CS3.

PL 202 831 B1

Do pieca próżniowego IF30 o pojemności 200 kg ładuje się 99,21 kg czystej miedzi elektrolitycznej i topi ją w próżni. Po roztopieniu miedzi i odgazowaniu atmosfery pieca, wprowadza się do pieca azot w celu wytworzenia atmosfery obojętnej. Po wyrównaniu ciśnienia azotu w piecu przystępuje się do wtapiania dodatków. Najpierw wtapia się 3 g czystego Ag a następnie kolejno dodaje się, pozostałe stopy wstępne. Jako pierwszy stop wstępny dodaje się 4,5 g CuFe20 a po jego wtopieniu dodaje się 15,1 g CuNi7 i roztapia go. Następnie dodaje się 12,5 g CuSn8, po jego roztopieniu dodaje się 15,5 g CuCo7, a po wtopieniu Co, do kąpieli metalowej wprowadza się 11,7 g CuPb9 oraz 7 g CuSe2 i roztapia, po czym dodaje się 6,7 g CuSi16, a gdy już się wtopi Si, dodaje się 3,2 g CuMn30 i po jego wtopieniu dodaje się 16,4 g CuCr6. W końcowej fazie wytopu, wtapia się pozostałe pierwiastki, również w postaci stopów wstępnych, najpierw wtapia się 9,6 g CuBi10, następnie wtapia się 1,9 g CuSb54, po nim wtapia się 9,3 g CuAs11, po czym wtapia się 2,9 g CuZn35. Po roztopieniu CuZn35 wtapia się 250 g CuS0,8, następnie wtapia się 11,0 g CuP9, potem wtapia się 25 g CuTe4, po czym wtapia się 17,1 g CuCd6 a na końcu wtapia się 125 g CuB0,8. Wszystkie wtapiane stopy wstępne wprowadza się do kąpieli metalowej zawinięte w folię miedzianą. Po wtopieniu dodatków, stop miesza się poprzez wychylanie pieca z tyglem i odlewa do wlewnicy żeliwnej o średnicy 125 mm, przez nadstawkę. Uzyskane wlewki toczy się mechanicznie do średnicy 123 mm i tnie na długość 400 mm. Tak przygotowany materiał wygrzewa się przez 4 godziny w piecu komorowym w temperaturze 850°C i wyciska na gorą co na prasie o nacisku 8 MN. Po wyciś nięciu uzyskuje się prę ty o ś rednicy 40 mm, które następnie tnie się na walce o wysokości 25 mm.

Próbki do wstępnej oceny jednorodności pobiera się co pół metra z wyciśniętego pręta. Wstępne badanie jednorodności wykonuje się techniką AES (iskra). Materiał pobrany w postaci wiórów pobiera się do oznaczenia wszystkich składników we wzorcu CS3 techniką AES-ICP.

Po uzyskaniu pozytywnych wyników badań, pobiera się 30% materiału do statystycznej oceny jednorodności. Powierzchnie czynne wybranych walców wzbudza się czterokrotnie w iskrze niskowoltowej rejestrując intensywności linii analitycznych oznaczanych pierwiastków. Wyniki pomiarów stanowią podstawę do obliczeń statystycznych z zastosowaniem testu Snedecor'a.

Następny etap to atestacja. Atestację przeprowadza się w oparciu o wyniki analiz wykonane w co najmniej trzech specjalistycznych laboratoriach chemicznych roż nymi technikami. W tym przypadku oznaczenia wszystkich składników wzorcowych wykonało sześć laboratoriów specjalistycznych. Średnie wyniki analiz stanowią skład chemiczny materiału odniesienia.

Otrzymany wzorzec miedzi o wysokiej czystości, oznaczony symbolem CS3 zawiera wagowo: 38,9 ppm Ag, 13,8 ppm As, 12,2 ppm Bi, 13,4 ppm Cd, 28,3 ppm Fe, 11,1 ppm Ni, 13,3 ppm Pb, 13,0 ppm Sb, 15,4 ppm Se, 13,3 ppm Sn, 10,6 ppm Te, 31,3 ppm Zn, 7,4 ppm Co, 4,2 ppm B, 12,6 ppm Mn, 18,8 ppm S, 10,9 ppm Cr, 12,1 ppm P, 22,2 ppm Si.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania materiałów odniesienia do spektralnej analizy miedzi o wysokiej czystości, polegający na wtapianiu do czystej miedzi dodatkowych pierwiastków, znamienny tym, że do pieca próżniowego, ładuje się czystą miedź i topi ją w próżni a po roztopieniu miedzi i odgazowaniu atmosfery pieca, w komorze pieca wytwarza się atmosferę obojętną, po czym, po wyrównaniu ciśnienia w piecu przystępuje się do wtapiania dodatków, najpierw wtapia się czyste Ag a następnie kolejno wtapia się, zabezpieczone folią miedzianą, stopy wstępne CuFe20, CuNi7, CuSn8, CuCo7, CuPb9, CuSe2, CuSi16, CuMn30 i CuCr6, zachowując ściśle ich kolejność wtapiania a w końcowej fazie wytopu, wtapia się kolejno pozostałe pierwiastki, także w postaci stopów wstępnych zabezpieczonych folią miedzianą, zachowując następującą kolejność wtapiania stopów wstępnych: CuBi10, CuSb54, CuAs11, CuZn35, CuS0,8, CuP9, CuTe4, CuCd6 oraz CuB0,8, następnie, po wtopieniu wszystkich dodatków, stop miesza się korzystnie poprzez wychylanie pieca z tyglem i odlewa go do wlewnicy żeliwnej o średnicy około 125 mm, przez nadstawkę, a uzyskane wlewki toczy się mechanicznie do średnicy około 123 mm i tnie je na długość około 400 mm, po czym tak przygotowany materiał wygrzewa się przez około 4 godziny w piecu komorowym w temperaturze 850-900°C i wyciska z niego na gorąco pręty o średnicy około 40 mm, które następnie tnie się na walce o wysokości około 25 mm i które poddaje się wstę pnym badaniom jednorodności wszystkich wtopionych składników, sprawdzeniu zgodności składu chemicznego z zaplanowanym, statystycznej ocenie jednorodności oraz atestacji.