PL230469B1 - Sposób wytwarzania materiałów odniesienia dla spoiw bezołowiowych na bazie cyny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiałów odniesienia dla spoiw bezołowiowych na bazie cyny, stosowanych do określania zawartości Cu, Ag, Pb, Sb, Bi, As, Cd, Fe i Ni w spoiwie, służących zwłaszcza jako spektralne certyfikowane materiały odniesienia (zwane wzorcami) do określania składu chemicznego spoiw bezołowiowych na bazie cyny, z wykorzystaniem bezpośredniego oddziaływania na szybkość procesu krystalizacji.

Z opisu polskiego zgłoszenia nr P.401354 znany jest sposób wytwarzania certyfikowanych materiałów odniesienia dla spoiw bezołowiowych na bazie cyny, gdzie do indukcyjnego pieca 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 kąpieli w postaci stopów wstępnych i czystych metali w ściśle określonej kolejności i temperaturze.

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 Cd i Bi. Dodatkowo, w celu zamrożenia struktury i uzyskania jednorodności materiału w całej objętości, na specjalnie skonstruowanym stanowisku, na którym umieszczona jest wlewnica, schładza się ją ciekłym azotem.

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

W przedmiotowym rozwiązaniu w piecu tyglowym roztapia się cynę, do której wtapia się pierwiastki takie jak Cu, Ag, Pb, Sb, Bi, As, Cd, Fe i Ni, w postaci stopów wstępnych lub czystych pierwiastków.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania materiałów odniesienia do spektralnej analizy spoiw bezołowiowych na bazie cyny, w którym do pieca indukcyjnego z tyglem grafitowym wsaduje się cynę, roztapia ją do stanu ciekłego i nagrzewa do temperatury 550°C, i kolejno wtapia się stop wstępny w gatunku SnFe52, stop wstępny w gatunku SnNi6, stop wstępny w gatunku SnCu15, i miesza prętem grafitowym przez 10 do 15 minut, po czym obniża się temperaturę kąpieli do 430°C i wtapia się kolejno stopy wstępne w gatunku SnAg50, SnSb9, SnPb38, SnAs5 oraz kadm i bizmut.

Po zakończeniu wtapiania wszystkich składników ciekłą kąpiel stopową miesza się prętem grafitowym przez 10 do 15 minut, a następnie odlewa do zimnej kokili żeliwnej umieszczonej na stanowisku i schładza wlewnicę ciekłym azotem. Uzyskane w ten sposób pręty o wymiarach φ 40 mm x 350 mm tnie się na walce o wysokości 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 ze wzbudzeniem w plazmie sprzężonej indukcyjnie. 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 Snedecofa F poddając badaniom co najmniej 30% odlanego materiału. Tak wytworzony materiał odniesienia stanowi produkt handlowy w postaci wzorca (certyfikowanego materiału odniesienia) przeznaczonego do spektralnego oznaczania zawartości Cu, Ag, Pb, Sb, Bi, As, Cd, Fe i Ni w spoiwie cynowym.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono dokładnie w poniższym przykładzie.

Przykład dotyczy wykonania wzorca dla spoiw bezołowiowych na bazie cyny, gdzie do indukcyjnego pieca tyglowego o nośności 10 kg wsaduje się 4,80 kg cyny i roztapia ją w tyglu grafitowym. Po roztopieniu cyny kąpiel przegrzewa się do temperatury 550°C, a następnie wtapia się do niej pierwiastki takie jak Cu, Ag, Pb, Sb, Bi, As, Cd, Fe i Ni. 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 3 g, potem wtapia

PL 230 469 Β1 się Ni w postaci stopu wstępnego SnNi6 w ilości 62 g, następnie wtapia się Cu wprowadzając stop wstępny SnCu15 w ilości 5,22 kg. Kąpiel miesza się prętem grafitowym przez 12 minut i obniża temperaturę kąpieli do 430°C. Następnie wtapia się pozostałe składniki w następującej kolejności: Ag w postaci stopu wstępnego SnAg50 w ilości 377 g, Sb w postaci stopu wstępnego SnSb9 w ilości 253 g, następnie Pb w postaci SnPb38 w ilości 55 g, As w postaci stopu SnAs5 w ilości 200 g, oraz Cd w ilości 1,0 g i Bi w ilości 34 g. Po wtopieniu wszystkich składników stopowych i zanieczyszczeń kąpiel dokładnie miesza się przez 15 minut, odlewa pręty w zimnej kokili żeliwnej umieszczonej na stanowisku i schładza się wlewnicę ciekłym azotem. Odlane pręty o wymiarach φ 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 z argonową iskrą 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: 7,069% Cu, 0,212% Pb, 0,235% Sb, 0,311% Bi, 1,679% Ag, 0,0757% As, 0,00832% Cd, 0,0096% Fe, 0,0338% Ni i Sn stanowiącą resztę do 100%.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. 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 z tyglem grafitowym wsaduje się cynę, roztapiają do stanu ciekłego i nagrzewa do temperatury 550°C, i kolejno wtapia się stop wstępny w gatunku SnFe52, stop wstępny w gatunku SnNI6, stop wstępny w gatunku SnCu15, i miesza prętem grafitowym przez 10 do 15 minut, po czym obniża się temperaturę kąpieli do 430°C i wtapia się kolejno stopy wstępne w gatunku SnAg50, SnSb9, SnPb38, SnAs5, kadm i bizmut, i tak wytworzoną kąpiel stopową miesza się prętem grafitowym przez 10 do 15 minut, odlewa do zimnej kokili żeliwnej umieszczonej na stanowisku i schładza wlewnicę ciekłym azotem.