Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiałów odniesienia do spektralnej analizy brązów bezołowiowych do określenia zawartości: Fe, Ni, S, Sn, Al, P, Pb, Se, Zn, Sb, Bi i Si w brązach bezołowiowych, poddawanych następnie badaniom jednorodności i procedurom certyfikacyjnym, a służących jako spektralne certyfikowane materiały odniesienia, zwane wzorcami, do określania składu chemicznego brązów bezołowiowych.
W materiałach odniesienia służących 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 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 zanieczyszczenia takie jak: Ni, Pb, Zn, Mg, Bi i Se.
Problem precyzyjnego i jednorodnego wtopienia pierwiastków do całej masy miedzi, rozwiązuje sposób według wynalazku.
Sposób polega na tym, że do pieca indukcyjnego tyglowego wsaduje się miedź katodową i roztapia ją pod szczelnym pokryciem węgla drzewnego, a następnie wtapia się do niej dodatkowe pierwiastki w postaci stopów wstępnych i czystych metali, z tym, że najpierw wtapia się żelazo w postaci stopu wstępnego CuFe20 a po nim nikiel, a następnie wtapia się razem antymon i krzem wprowadzając do ciekłego metalu łącznie oba pierwiastki w postaci stopów wstępnych w gatunkach CuSb50 i CuSi16, zaś po ich wtopieniu dodaje się cynę w postaci stopu wstępnego CuSn11, po roztopieniu którego wtapia się czysty ołów, po czym wtapia się aluminium w postaci stopu wstępnego CuAl49 i siarkę w postaci stopu wstępnego CuS0,8, po dodaniu którego rozpuszcza się w kąpieli metalowej czysty cynk, a po nim czysty mangan i kolejno czysty bizmut, natomiast w końcowej fazie wtapia się selen i fosfor, w kolejności najpierw selen a po nim fosfor w postaci stopu wstępnego CuP14, przy czym 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, ściąga się z niego żużel i przelewa do rozgrzanego tygla przelewowego, a następnie odlewa się w kokili żeliwnej o temperaturze 320°C pręty o wymiarach 0 40 mm x 350 mm, które tnie się na walce o wysokości 25 mm.
Otrzymany materiał wzorcowy w postaci walców poddaje się wstępnym badaniom jednorodności wszystkich wtopionych do miedzi składników, sprawdzeniu zgodności składu chemicznego z zaplanowanym, statystycznej ocenie jednorodności oraz atestacji. Do wstępnego badania jednorodności pobiera się próbki na przemian z dołu i z góry odlanych prętów stanowiących jeden materiał odniesienia (wzorzec). Ocenę jednorodności wszystkich składników wzorcowych przeprowadza się porównując intensywności linii charakterystycznych pierwiastków wchodzących w skład materiałów odniesienia, wzbudzając w argonowej iskrze niskowoltowej z obu stron powierzchnie czynne każdego walca. Skład chemiczny ustala się w oparciu o oznaczenia chemiczne wykonane na sekwencyjnym spektrometrze emisyjnym, wyposażonym w plazmę indukcyjnie sprzężoną. Pozytywne wyniki badań upoważniają do przeprowadzenia statystycznej oceny jednorodności i atestacji na podstawie wyników oznaczeń wszystkich składników wzorcowych z co najmniej czterech specjalistycznych laboratoriów chemicznych. Statystyczną ocenę jednorodności przeprowadza się w oparciu o test Snedecor'a F poddając badaniom co najmniej 30% odlanego materiału. Tak wytworzony materiał odniesienia stanowi produkt handlowy w postaci certyfikowanego materiału odniesienia (wzorca), przeznaczonego do oznaczania zawartości Fe, Ni, S, Sn, Al, P, Pb, Se, Zn, Sb, Bi i Si w brązach bezołowiowych, 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 bezołowiowe o ściśle planowanych zawartościach dodawanych pierwiastków.
Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono dokładnie w poniższym przykładzie. Przykład dotyczy wykonania wzorca dla brązu bezołowiowego oznaczonego symbolem BM3.
Do pieca indukcyjnego tyglowego o pojemności 25 kg wsaduje się 10,88 kg 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: Fe, Ni, S, Sn, Al, P, Pb, Se, Zn, Sb, Bi i Si. 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 1,2 g, potem wtapia się Ni w ilości 483 g, następnie
PL 220 649 B1 wtapia się łącznie Sb i Si wprowadzając do ciekłego stopu razem stopy wstępne w ilości 50,2 g CuSb50 i 1094 g CuSi16. Potem dodaje się 209,1 g Sn w postaci stopu wstępnego CuSn11, a po niej Pb w ilości 1,4 g, a później Al dodając 25,2 g stopu wstępnego CuAl49 i S w postaci 9976 g stopu wstępnego CuS0,8. Po rozpuszczeniu stopu wstępnego i ustabilizowaniu się temperatury kąpieli wtapia się 2,3 g czystego Zn, potem 24,2 g czystego Bi. Na końcu wtapia się czysty Se w ilości 131,6 g, a po nim P w postaci stopu wstępnego CuP14 w ilości 171 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 w kokili żeliwnej zagrzanej do temperatury 320°C pręty o wymiarach 0 40 mm x 350 mm, które 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 wszystkich składników wzorcowych przy zastosowaniu równoczesnego spektrometru emisyjnego wyposażonego w argonową iskrę niskowoltową, wzbudzając z obu stron powierzchnie czynne każdego walca. Wyniki pomiarów stanowią podstawę do obliczeń statystycznych z zastosowaniem testu Snedecor'a. W następnym etapie prowadzi się atestację 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 bezołowiowych zawiera wagowo: 0,010% Sn, 0,088% P, 0,0061% Fe, 0,0077% Pb, 0,11% Al, 0,18% Zn, 2,15% Ni, 0,11% Sb, 0,010% Bi, 0,60% Si, 0,45% Se, 0,47% S i Cu stanowiącą resztę do 100%.