PL222625B1 - Sposób wytwarzania materiałów odniesienia dla spoiw bezołowiowych na bazie cyny - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 222625 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 401354 (22) Data zgłoszenia: 25.10.2012 (51) Int.Cl.

G01N 1/28 (2006.01) G01N 21/00 (2006.01) C22C 13/00 (2006.01) (54) Sposób wytwarzania materiałów odniesienia dla spoiw bezołowiowych na bazie cyny (73) Uprawniony z patentu:

INSTYTUT METALI NIEŻELAZNYCH, Gliwice, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

28.04.2014 BUP 09/14 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.08.2016 WUP 08/16 (72) Twórca(y) wynalazku:

BEATA CWOLEK, Gliwice, PL EWA MULLER, Gliwice, PL BARBARA BOLIBRZUCH, Gliwice, PL JUSTYNA GAŁECZKA, Gliwice, PL ŁUKASZ WIERZBICKI, Gliwice, PL SZYMON MALARA, Gliwice, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Magdalena Filipek-Marzec

PL 222 625 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiałów odniesienia dla spoiw bezołowiowych na bazie cyny do określania zawartości: Cu, Pb, Sb, Bi, Au, In, Al, As, Cd, Fe, Ni i Zn w cynie, służących zwłaszcza jako spektralne certyfikowane materiały odniesienia, zwane wzorcami, do określania składu chemicznego spoiw bezołowiowych na bazie cyny.

W materiałach odniesienia służących do kalibracji aparatury spektralnej 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, większość pierwiastków wprowadza się w postaci stopów wstępnych. W postaci czystej wprowadza się zanieczyszczenia takie jak: Bi, In, Cd, Zn, Se i Pb.

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

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania materiałów odniesienia dla spoiw bezołowiowych na bazie cyny. Sposób polega na tym, że do pieca indukcyjnego tyglowego, wsaduje się cynę i roztapia ją a następnie wtapia się do niej dodatkowe pierwiastki takie jak: Cu, Pb, Sb, Bi, Au, In, Al, As, Cd, Fe, Ni i Zn. Pierwiastki te wtapia się kolejno do ciekłej cyny w postaci stopów wstępnych i czystych pierwiastków, cały czas mieszając indukcyjnie ciekły metal. Kolejność wtapiania pierwiastków jest następująca: najpierw wtapia się Fe w postaci stopu wstępnego SnFe52, potem wtapia się Ni w postaci stopu wstępnego SnNi6, następnie Cu wprowadzając stop wstępny SnCu7,6. Kąpiel miesza się prętem grafitowym przez ok. 10 min i obniża temperaturę kąpieli do 450°C. Następnie wtapia się pozostałe składniki w następującej kolejności: Au, Cu i Ag w postaci stopu wstępnego Au36,1Cu63,5Ag, Ag w postaci stopu wstępnego SnAg3,5, czysty Zn, Sb w postaci stopu wstępnego SnSb9, Pb w postaci SnPb38, Al w postaci stopu SnAI5, As w postaci stopu SnAs5, oraz Cd, Bi i in. Po zakończeniu wtapiania wszystkich składników, ciekły metal, dodatkowo miesza prętem grafitowym przez ok. 10 min a następnie odlewa do zimnej kokili żeliwnej. Uzyskuje się w ten sposób pręty o wymiarach zbliżonych do 40 mm x 350 mm, które tnie się na walce o wysokości około 25 mm. Otrzymany materiał wzorcowy w postaci walców poddaje się wstępnym badaniom jednorodności wszystkich wtopionych do cyny 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 materiał odniesienia (wzorzec). Ocenę jednorodności wszystkich składników wzorcowych przeprowadza się porównując intensywności linii charakterystycznych pierwiastków wchodzących w skład materiałów odniesienia (wzorców), wzbudzając czterokrotnie w 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 trzech specjalistycznych laboratoriów chemicznych. Statystyczną ocenę jednorodności przeprowadza się w oparciu o test Snedecor'a F poddając badaniom co najmniej 30% odlanego materiału. Tak wytw orzony materiał odniesienia stanowi produkt handlowy w postaci wzorca (certyfikowanego materiału odniesienia) przeznaczonego do spektralnego oznaczania zawartości Cu, Pb, Sb, Bi, Au, In, Al, As, Cd, Fe, Ni i Zn w cynie.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono dokładnie w poniższym przykładzie.

P r z y k ł a d I. Przykład dotyczy wykonania wzorca dla spoiw bezołowiowych na bazie cyny oznaczonego symbolem LB4. Do pieca indukcyjnego tyglowego o pojemności 10 kg Cu, wsaduje się 8,43 kg cyny i roztapia ją w specjalnie dla tego celu zamówionym tyglu grafitowym. Po roztopieniu cyny, kąpiel przegrzewa się do temperatury 550°C a następnie wtapia się do niej pierwiastki takie jak: Cu, Pb, Sb, Bi, Au, In, AI, As, Cd, Fe, Ni i Zn. Pierwiastki wtapia się kolejno do ciekłej cyny, przy czym każdy pierwiastek wprowadza się do ciekłego metalu po dokładnym roztopieniu wcześniej wprowadzonego pierwiastka. Najpierw wtapia się Fe w postaci stopu wstępnego SnFe52 w ilości 4 g, potem wtapia się Ni w postaci stopu wstępnego SnNi6 w ilości 56,6 g, następnie wtapia się Cu wprowadzając stop wstępny SnCu7,6 w ilości 1,56 kg. Kąpiel miesza się prętem grafitowym przez ok. 10 min i obniża temperaturę kąpieli do 450°C. Następnie wtapia się pozostałe składniki w następującej kolejności: łącznie Au, Cu i Ag w postaci stopu wstępnego Au36,1Cu63,5Ag w ilości 20,8 g, resztę Ag w postaci stopu wstępnego SnAg3,5 w ilości 301 g, Zn w ilości 0,07 g, Sb w postaci stopu wstępnego SnSb9

PL 222 625 B1 w ilości 576 g, następnie Pb w postaci SnPb38 w ilości 14 g, Al w postaci stopu SnAI5 w ilości 25 g, As w postaci stopu SnAs5 w ilości 11 g, oraz Cd w ilości 0,7 g, Bi w ilości 4 g i In w ilości 7 g. Po wtopieniu wszystkich składników stopowych i zanieczyszczeń, kąpiel metalową dokładnie miesza sie przez 10 minut i odlewa do zimnej kokili żeliwnej. Odlane pręty o wymiarach 0 40 mm x 350 mm, tnie się na walce o wysokości 25 mm. Z dołu pręta pierwszego oraz z góry pręta drugiego 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. Wstępny skład chemiczny ustala się w oparciu o wyniki oznaczeń chemicznych wykonanych techniką ICP - AES. Jeżeli wyniki badań są pozytywne, należy pobrać 30% materiału 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. Otrzymany wzorzec dla spoiw bezołowiowych na bazie cyny zawiera wagowo: 1,18% Cu, 0,080% Pb, 0,44% Sb, 0,030% Bi, 0,059% Au, 0,050% In, 0,087% Ag, 0,0050% Al, 0,01% As, 0,0023% Cd, 0,0060% Fe, 0,027% Ni, 0,0017% Zn i Sn stanowiącą resztę do 100%.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania materiałów odniesienia do spektralnej analizy spoiw bezołowiowych na bazie cyny polegający na wtapianiu do czystej cyny dodatkowych pierwiastków, znamienny tym, że do pieca indukcyjnego tyglowego, wsaduje się cynę i roztapia ją w tyglu grafitowym, kolejno do ciekłej cyny o temperaturze 550°C wtapia się stop wstępny w gatunku SnFe52, stop wstępny w gatunku SnNi6, stop wstępny w gatunku SnCu7,6, i miesza się prętem grafitowym przez 10 do 15 minut, po czym obniża się temperaturę kąpieli do 450°C i wtapia się kolejno stop wstępny w gatunku Au36,1Cu63,5Ag, stop wstępny w gatunku SnAg3,5, czysty cynk, stop wstępny w gatunku SnSb9, stop wstępny w gatunku SnPb38, stop wstępny w gatunku SnAI5, stop wstępny w gatunku SnAs5, kadm, bizmut i ind, i tak wytworzoną kąpiel metalową miesza się prętem grafitowym przez 10 do 15 minut, i odlewa do zimnej kokili żeliwnej.