PL202839B1 - Sposób wytwarzania materiałów odniesienia dla brązów cynowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiałów odniesienia do określenia zawartości Sn, P, Fe, Pb, Al, Zn, Ni, As, Cd, Mg, Sb, Mn, Bi, Si i S w brązach cynowych, poddawanych następnie badaniom jednorodności i procedurom certyfikacyjnym, a służących jako spektralne certyfikowane materiały odniesienia, zwane wzorcami, do określania składu chemicznego brązów cynowych.

W materiał ach odniesienia sł u żących do kalibracji spektrometrów emisyjnych zawartość domieszek musi być precyzyjnie wtopiona do metalu i jednorodna w całej masie wytworzonego materiału. Każdy odlany 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 względu na zróżnicowaną koncentrację, różne temperatury topienia i lotność, dotychczas większość pierwiastków wprowadza się w postaci stopów wstępnych. W postaci czystej wprowadza się Sn jako pierwiastek stopowy, natomiast Zn, Mg i Bi jako zanieczyszczenia.

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

Zgodnie z wynalazkiem, do pieca indukcyjnego tyglowego, wsaduje się miedź katodową i roztapia ją pod szczelnym pokryciem węgla drzewnego a następnie wtapia się do niej dodatkowe pierwiastki takie jak: Sn, P, Fe, Pb, Al, Zn, Ni, As, Cd, Mg, Sb, Mn, Bi, Si i S. Pierwiastki te wtapia się kolejno do ciekłej miedzi w postaci stopów wstępnych i czystych metali, cały czas jest mieszając indukcyjnie ciekły metal. Kolejność wtapiania pierwiastków jest następująca: najpierw wtapia się Fe w postaci stopu wstępnego CuFe20 a po nim Ni w postaci stopu wstępnego CuNi8. Potem wtapia się razem Sb i Si wprowadzając do ciekłego metalu łącznie oba pierwiastki jako stopy wstępne CuSb55 i CuSi16. Po ich wtopieniu dodaje się czystą Sn, po roztopieniu której wtapia się razem Mn i Pb wprowadzając do metalu łącznie stopy wstępne CuMn30 i CuPb10. Następnie wtapia się S w postaci stopu wstępnego CuS0,3, a po niej razem As i Cd w postaci stopów wstępnych CuAs7 i CuCd6. Po ich dodaniu rozpuszcza się w kąpieli metalowej czysty Zn, a po nim czysty Mg, a po Mg czysty Bi. Na koniec wtapia się Al i P, najpierw Al w postaci stopu wstępnego CuAI32, a po nim P w postaci stopu wstępnego CuP12. Po zakończeniu wtapiania wszystkich składników, podgrzewa się ciekły metal do temperatury 1100-1150°C, dodatkowo miesza się zagrzanym prętem grafitowym i ściąga się z niego żużel, a następnie przelewa do rozgrzanego tygla przelewowego i odlewa do zagrzanej do temperatury około

320°C kokili żeliwnej. Uzyskuje się w ten sposób pręty o wymiarach zbliżonych do 0 40 mm x 350 mm, które tnie się na walce o wysokości około 25 mm. Otrzymane wzorce w postaci walców poddaje się wstępnym badaniom jednorodności wszystkich wtopionych do miedzi składników i sprawdzeniu zgodności składu chemicznego z zaplanowanym. Do wstępnego badania jednorodności pobiera się próbki na przemian z dołu i z góry odlanych prętów stanowiących 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 trzech 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 Sn, P, Fe, Pb, Al., Zn, Ni, As, Cd, Mg, Sb, Mn, Bi, Si i S w brązach cynowych, a także do określenia gatunku brązu.

Okazuje się, że jedynie odpowiednia kolejność wtapiania poszczególnych pierwiastków w połączeniu z postacią wtapianego pierwiastka i parametrami procesu, pozwala uzyskać brązy cynowe 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 brązu cynowego oznaczonego symbolem BL2. Do pieca indukcyjnego tyglowego o pojemności 50 kg, wsaduje się 16,33kg miedzi katodowej i roztapia ją pod szczelnym pokryciem wysuszonego węgla drzewnego, warstwa węgla drzewnego wynosi 50 mm, a następnie wtapia się do niej pierwiastki takie jak: Sn, P, Fe, Pb, Al., Zn, Ni, As, Cd, Mg, Sb, Mn, Bi, Si i S. Pierwiastki wtapia się kolejno do ciekłej miedzi, przy czym każdy pierwiastek wprowadza się do ciekłego metalu po dokładnym roztopieniu wcześniej wprowadzonego pierwiastka. Najpierw wtapia się Fe w postaci stopu wstępnego CuFe20 w ilości 280 g, potem wtapia się Ni w postaci stopu wstępnego

PL 202 839 B1

CuNi8 w ilości 1200 g, następnie wtapia się łącznie Sb i Si wprowadzając do ciekłego stopu razem stopy wstępne w ilości 15 g CuSb55 i 62 g CuSi16. Potem dodaje się 848 g czystej Sn, a po niej razem Mn i Pb w postaci stopów wstępnych w ilości 52 g CuMn30 i 279 g CuPb10, a później S w postaci 260 g stopu wstępnego CuS0,3, z kolei razem As i Cd w postaci stopów wstępnych w ilości 135 g CuAs7 i 143 g CuCd6, a po nich wtapia się 112 g czystego Zn, potem 50 g czystego Mg, oraz 3 g czystego Bi. Na końcu wtapia się Al dodając 121 g stopu wstępnego CuAI32, a po nim P w postaci stopu wstępnego CuP12 w ilości 558 g. Po zakończeniu wtapiania wszystkich składników, stop o temperaturze odlewania 1150°C miesza się podgrzanym prętem grafitowym, ściąga się z kąpieli żużel i przelewa do rozgrzanego tygla przelewowego, a następnie odlewa się do kokili żeliwnej zagrzanej do temperatury 320°C. Odlane cztery pręty o wymiarach 0 40 mm x 350 mm, tnie się na walce o wysokości 25 mm. Z dołu pręta pierwszego i trzeciego oraz z góry pręta drugiego i czwartego pobiera się próbki (walce) do przeprowadzenia wstępnego badania jednorodności techniką AES - (iskra), natomiast wióry do oznaczenia wszystkich składników we wzorcu BL2 techniką AES-ICP. Zakładając, że wyniki badań będą pozytywne, pobiera się 30% materiału (12 walców) do statystycznej oceny jednorodności. Powierzchnie czynne wybranych walców wzbudza się 4 - krotnie 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 wykonanych w co najmniej trzech specjalistycznych laboratoriach chemicznych różnymi technikami. W tym przypadku oznaczenia wszystkich składników wzorcowych wykonało pięć laboratoriów. Średnie wyniki analiz stanowią skład chemiczny materiału odniesienia. Otrzymany wzorzec dla brązów cynowych zawiera wagowo: 4,04% Sn, 0,29% P, 0,21% Fe, 0,21% Pb, 0,14% Al, 0,15% Zn, 0,40% Ni, 0,37% As, 0,039% Cd, 0,040% Mg, 0,11% Sb, 0,039% Mn, 0,055% Bi, 0,014% Si, 0,0063% S, 0,031% Si, reszta Cu.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania materiałów odniesienia do spektralnej analizy brązów cynowych, polegający na wtapianiu do czystej miedzi dodatkowych pierwiastków, znamienny tym, że do pieca indukcyjnego tyglowego, wsaduje się miedź katodową i roztapia ją pod szczelnym pokryciem węgla drzewnego, a następnie do ciekłej miedzi wtapia się dodatkowe pierwiastki w postaci stopów wstępnych i czystych metali z tym, że najpierw wtapia się Fe w postaci stopu wstępnego CuFe20, a po nim Ni w postaci stopu wstępnego CuNi8, potem wtapia się razem Sb i Si wprowadzając do ciekłego metalu łącznie oba stopy wstępne CuSb55 i CuSi16, a po ich wtopieniu dodaje się czystą Sn, po roztopieniu której wtapia się razem Mn i Pb wprowadzając łącznie stopy wstępne CuMn30 i CuPb10 do metalu, następnie wtapia się S w postaci stopu wstępnego CuS0,3, a po niej razem As i Cd w postaci stopów wstępnych CuAs7 i CuCd6, po nich rozpuszcza się w kąpieli metalowej czysty Zn, a po nim czysty Mg, a po Mg czysty Bi, na koniec wtapia się Al w postaci stopu wstępnego CuAI32, a po nim P w postaci stopu wstępnego CuP12, po wtopieniu wszystkich pierwiastków podgrzewa się ciekły stop do temperatury odlewania w zakresie 1100-1150°C, po czym otrzymany stop miesza się zagrzanym prętem grafitowym i ściąga się z niego żużel, przelewa do rozgrzanego tygla przelewowego a następnie odlewa się w gorącej kokili żeliwnej o temperaturze około 320°C, pręty o wymiarach zbliżonych do 0 40 mm x 350 mm, które tnie się na walce o wysokości około 25 mm, i które poddaje się wstępnym badaniom jednorodności wszystkich wtopionych składników, sprawdzeniu zgodności składu chemicznego z zaplanowanym oraz statystycznej ocenie jednorodności oraz atestacji.