RU2530483C1 - Method of determining weight ratio of oxygen in metal powders - Google Patents
Method of determining weight ratio of oxygen in metal powders Download PDFInfo
- Publication number
- RU2530483C1 RU2530483C1 RU2013116154/28A RU2013116154A RU2530483C1 RU 2530483 C1 RU2530483 C1 RU 2530483C1 RU 2013116154/28 A RU2013116154/28 A RU 2013116154/28A RU 2013116154 A RU2013116154 A RU 2013116154A RU 2530483 C1 RU2530483 C1 RU 2530483C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- sample
- metal powders
- determining
- atomic emission
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области аналитической химии порошковых материалов, в частности к способам определения массовой доли кислорода в порошках металлов.The invention relates to the field of analytical chemistry of powder materials, in particular to methods for determining the mass fraction of oxygen in metal powders.
Кислород является одной из основных примесей, попадающих в порошки металлов в процессе их производства, обработки и эксплуатации. Присутствие этой примеси может оказывать сильное влияние на некоторые физико-химические свойства порошков металлов, в результате чего они могут становиться непригодными для дальнейшего использования. Поэтому одной из важнейших задач при производстве порошков металлов является контроль за содержанием в них примеси кислорода.Oxygen is one of the main impurities that enter metal powders during their production, processing and operation. The presence of this impurity can have a strong influence on some physicochemical properties of metal powders, as a result of which they may become unsuitable for further use. Therefore, one of the most important tasks in the production of metal powders is to control the content of oxygen impurities in them.
Известным способом определения кислорода в порошках металлов является метод восстановительного плавления (вакуум-нагрев) (Методы определения и исследования газов в металлах (Доклады на II Всесоюзном симпозиуме по методам анализа газов в металлах). - М.: Наука, 1968, с.142-146; ГОСТ. 9853.5-96; Титан губчатый. Методы определения кислорода. - Минск: Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. 2000, с.4-5). В основе метода лежит плавление металла в вакууме или инертной среде в присутствии графита с образованием оксидов углерода и последующим их определением методом газовой хроматографии или с применением ПК-спектроскопии.A known method for determining oxygen in metal powders is the method of reductive melting (vacuum heating) (Methods for the determination and study of gases in metals (Reports at the II All-Union Symposium on Methods for the Analysis of Gases in Metals). - Moscow: Nauka, 1968, p.142- 146; GOST. 9853.5-96; Sponge titanium. Methods for the determination of oxygen. - Minsk: Council for Standardization, Metrology and Certification. 2000, p.4-5). The method is based on melting a metal in a vacuum or inert medium in the presence of graphite with the formation of carbon oxides and their subsequent determination by gas chromatography or using PC spectroscopy.
Недостатком данного способа является то, что он требует больших энергетических затрат и использования дорогостоящих расходных материалов, в результате чего анализ с применением данного способа становится дорогим.The disadvantage of this method is that it requires high energy costs and the use of expensive consumables, as a result of which the analysis using this method becomes expensive.
В качестве прототипа выбран способ определения массовой доли кислорода в порошкообразных материалах спектральным методом (Методы определения и исследования газов в металлах (Доклады на II Всесоюзном симпозиуме по методам анализа газов в металлах). - М.: Наука, 1968, с.146-151). Способ заключается в получении атомно-эмиссионных спектров токопроводящих образцов с помощью низковольтного импульсного разряда, идентификации кислорода по спектральной эмиссионной линии с длиной волны 777,19 нм.As a prototype, a method was selected for determining the mass fraction of oxygen in powdered materials by the spectral method (Methods for the determination and study of gases in metals (Reports at the II All-Union Symposium on Methods for the Analysis of Gases in Metals). - M .: Nauka, 1968, p.146-151) . The method consists in obtaining atomic emission spectra of conductive samples using a low voltage pulse discharge, identifying oxygen by a spectral emission line with a wavelength of 777.19 nm.
К недостаткам способа-прототипа можно отнести сложности (а иногда и невозможности) анализа сильноокисленных порошков металла в силу их слабой электропроводности.The disadvantages of the prototype method include the complexity (and sometimes impossibility) of the analysis of highly oxidized metal powders due to their weak electrical conductivity.
Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей способа определения массовой доли кислорода в порошках металлов с применением атомно-эмиссионной спектроскопии.The objective of the present invention is to expand the functionality of the method for determining the mass fraction of oxygen in metal powders using atomic emission spectroscopy.
При использовании заявленного способа достигается следующий технический результат:When using the claimed method, the following technical result is achieved:
- суммарная относительная погрешность определения массовой доли кислорода в порошках металлов не превышает 15 масс.%;- the total relative error in determining the mass fraction of oxygen in metal powders does not exceed 15 wt.%;
- диапазон определения массовой доли кислорода в порошках металлов составляет от 0,1 до 10 масс.%.- the range of determination of the mass fraction of oxygen in metal powders is from 0.1 to 10 wt.%.
- возможность определения массовой доли кислорода как в электропроводящих, так и в неэлектропроводящих порошках.- the ability to determine the mass fraction of oxygen in both electrically conductive and non-conductive powders.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предложен способ определения массовой доли кислорода в порошках металлов методом атомно-эмиссионной спектроскопии, заключающийся в подготовке пробы, получении атомно-эмиссионных спектров, идентификации кислорода по спектральной эмиссионной линии с длиной волны 777,19 нм, в котором согласно изобретению в качестве источника возбуждения атомно-эмиссионного спектра используют частотный двухимпульсный лазер на основе алюмоиттриевого граната, активированного неодимом, с длиной волны 1064 нм, с задержкой между двумя параллельными импульсами, равной 7 мкс, а подготовку пробы осуществляют прессованием исследуемого материала с последующей обработкой поверхности образца импульсами лазера.To solve this problem and achieve a technical result, a method is proposed for determining the mass fraction of oxygen in metal powders by atomic emission spectroscopy, which consists in preparing a sample, obtaining atomic emission spectra, identifying oxygen by a spectral emission line with a wavelength of 777.19 nm, in which according to the invention as a source of excitation of the atomic emission spectrum using a frequency double-pulse laser based on yttrium aluminum garnet activated by neodymium, 1064 nm, with a delay between two parallel pulses of 7 ms and sample preparation is carried out by compression of the material, followed by treating the surface of the sample laser pulses.
Количественный атомно-эмиссионный спектральный анализ основан на том, что интенсивность I аналитических линий атомов, как правило, монотонно возрастает с увеличением массового содержания определяемого элемента в пробе. Однако рассчитать связь между интенсивностью I линии и концентрацией С элемента в образце практически невозможно. Поэтому, в большинстве случаев, эту зависимость устанавливают опытным путем, используя стандартные образцы.Quantitative atomic emission spectral analysis is based on the fact that the intensity of I analytical lines of atoms, as a rule, increases monotonically with an increase in the mass content of the element being determined in the sample. However, it is almost impossible to calculate the relationship between the intensity of the I line and the concentration of the C element in the sample. Therefore, in most cases, this dependence is established empirically, using standard samples.
Измеряя интенсивности линий в спектрах стандартных образцов в тех же условиях, в которых исследуют анализируемые пробы, можно получить для ряда значений концентраций соответствующие им значения интенсивностей. Строя по полученным значениям кривую, получают зависимость - градуировочный график, по которому графически определяют массовую долю элемента в образце.By measuring the line intensities in the spectra of standard samples under the same conditions in which the analyzed samples are studied, it is possible to obtain corresponding intensities for a number of concentrations. Building a curve based on the obtained values, a dependence is obtained — a calibration graph, which graphically determines the mass fraction of the element in the sample.
Из этого следует, что спектральный анализ является сравнительным методом анализа, результаты которого могут быть достоверны лишь в том случае, если применяемые эталоны являются адекватными и достоверными.From this it follows that spectral analysis is a comparative method of analysis, the results of which can be reliable only if the applied standards are adequate and reliable.
Преимущество двухимпульсного частотного лазера на основе алюмоиттриевого граната, активированного неодимом с длиной волны 1064 нм и задержкой между импульсами равной, 5-10 мкс, который применяется в заявленном способе, в сравнении с одноимпульсным заключается в выигрыше в соотношении «сигнал/шум» при регистрации спектра, также в снижении порога обнаружения кислорода, что уменьшает случайную составляющую погрешности.The advantage of a double-pulse frequency laser based on yttrium aluminum garnet activated by neodymium with a wavelength of 1064 nm and a delay between pulses of 5-10 μs, which is used in the inventive method, as compared to a single-pulse, is a gain in the signal-to-noise ratio when registering the spectrum , also in lowering the oxygen detection threshold, which reduces the random component of the error.
Замена искрового источника возбуждения на лазерный позволяет расширить границы применения атомно-эмиссионной спектроскопии для определения массового содержания кислорода в порошках.Replacing a spark excitation source with a laser allows expanding the scope of atomic emission spectroscopy for determining the mass oxygen content in powders.
Для достоверного определения содержания кислорода в анализируемом предварительно прессованном порошке проводят обработку его поверхности с целью удаления поверхностных оксидов соответствующего металла. Эффективно осуществить такую операцию позволяет обработка поверхности лазером, которую проводят непосредственно перед анализом образца.To reliably determine the oxygen content in the analyzed pre-pressed powder, the surface is treated to remove surface oxides of the corresponding metal. Such an operation can be effectively carried out by laser surface treatment, which is carried out immediately before the analysis of the sample.
Пример 1Example 1
Анализ осуществляют в потоке аргона, чистота которого не ниже 99,99 объемных %. Допустимое избыточное давление аргона в рабочей камере не выше 0,5 атм.The analysis is carried out in an argon stream, the purity of which is not lower than 99.99 volume%. Permissible argon overpressure in the working chamber is not higher than 0.5 atm.
Для осуществления способа определения массовой доли кислорода в порошках металлов применяли твердотельный частотный двухимпульсный алюмоиттриевый гранат, активированный неодимом, с длиной волны генерируемого излучения 1064 нм и средней энергией импульса 120 мДж. Количественное определение кислорода проводили по спектральной идентификационной линии кислорода с длиной волны 777,19 нм.To implement the method for determining the mass fraction of oxygen in metal powders, a solid-state frequency two-pulse yttrium aluminum garnet activated by neodymium was used with a wavelength of the generated radiation of 1064 nm and an average pulse energy of 120 mJ. Quantitative determination of oxygen was carried out by the spectral identification line of oxygen with a wavelength of 777.19 nm.
Навеску порошка титана марки ПТОМ-2 прессовали на воздухе в таблетки диаметром 12 мм до плотности 3,1-3,2 г/см3, помещали в специальный контейнер для транспортировки к месту проведения анализа.A portion of the PTOM-2 titanium powder was pressed in air into tablets with a diameter of 12 mm to a density of 3.1-3.2 g / cm 3 , placed in a special container for transportation to the place of analysis.
Прессованный образец устанавливают на столик рабочей камеры и настраивают фокусировку лазерного излучения таким образом, чтобы диаметр эрозионного пятна на образце составлял 0,6±0,2 мм. Использовали частотный двухимпульсный лазер с задержкой между импульсами, равной 7 мкс, что является оптимальным значением при определения массовой доли кислорода в порошках металлов.The pressed sample is mounted on the stage of the working chamber and the focus of the laser radiation is adjusted so that the diameter of the erosion spot on the sample is 0.6 ± 0.2 mm. We used a frequency double-pulse laser with a delay between pulses of 7 μs, which is the optimal value for determining the mass fraction of oxygen in metal powders.
Перед заполнением аргоном рабочей камеры осуществляют ее откачку до давления ~50 мм рт.ст.(в течение ~2 мин) с использованием собственной откачной системы анализатора. С помощью газового редуктора устанавливают необходимое избыточное давление аргона в рабочей камере (0,1<Pраб<0,5 атм) и начинают проводить анализ.Before filling the working chamber with argon, it is pumped out to a pressure of ~ 50 mmHg (within ~ 2 min) using the analyzer's own pumping system. Using a gas reducer, the necessary argon overpressure in the working chamber is established (0.1 <P work <0.5 atm) and the analysis begins.
Специально разработанная аналитическая программа осуществляет очистку поверхности несколькими предварительными лазерными импульсами (10-20 импульсов), после чего начинается регистрация атомно-эмиссионных спектров. Обработка спектров может осуществляться как вручную по ранее определенной градуировочной зависимости, так и с использованием аналитической программы, позволяющей автоматизировать определение массовой доли кислорода в порошках металлов.A specially designed analytical program cleans the surface with several preliminary laser pulses (10-20 pulses), after which the registration of atomic emission spectra begins. Spectra can be processed either manually according to a previously determined calibration dependence, or using an analytical program that allows you to automate the determination of the mass fraction of oxygen in metal powders.
Определение массовой доли кислорода в порошках меди и алюминия проводили по способу, описанному выше.Determination of the mass fraction of oxygen in powders of copper and aluminum was carried out according to the method described above.
В таблице представлены результаты определения массовой доли кислорода в порошках металлов с применением заявленного способа и с использованием метода восстановительного плавления.The table presents the results of determining the mass fraction of oxygen in metal powders using the inventive method and using the method of reductive melting.
Результаты определения массовой доли кислорода в порошках металловTable
The results of determining the mass fraction of oxygen in metal powders
Результаты содержания примеси кислорода в исследуемых материалах, полученные с использованием заявленного способа, хорошо сходятся с результатами, полученными с применением метода восстановительного плавления, который осуществлялся на анализаторе ELTRA ONH-2000.The results of the content of oxygen impurities in the test materials obtained using the inventive method are in good agreement with the results obtained using the reductive melting method, which was carried out on an ELTRA ONH-2000 analyzer.
Необходимо отметить, что настоящий способ может быть применим для определения массовой доли кислорода в смесях порошков металлов, однако для достоверного проведения такого анализа необходимы эталонные стандартные образцы, аналогичные по химическому составу с анализируемыми смесями.It should be noted that the present method can be used to determine the mass fraction of oxygen in mixtures of metal powders, however, for reliable analysis, standard reference samples are required that are similar in chemical composition to the analyzed mixtures.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013116154/28A RU2530483C1 (en) | 2013-04-09 | 2013-04-09 | Method of determining weight ratio of oxygen in metal powders |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013116154/28A RU2530483C1 (en) | 2013-04-09 | 2013-04-09 | Method of determining weight ratio of oxygen in metal powders |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2530483C1 true RU2530483C1 (en) | 2014-10-10 |
Family
ID=53381677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013116154/28A RU2530483C1 (en) | 2013-04-09 | 2013-04-09 | Method of determining weight ratio of oxygen in metal powders |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2530483C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2089884C1 (en) * | 1995-01-31 | 1997-09-10 | Институт химии высокочистых веществ РАН | Method of determination of gas-forming impurities in solid highly pure substances |
| WO1999056110A1 (en) * | 1998-04-28 | 1999-11-04 | Kawasaki Steel Corporation | Method of analyzing oxygen and oxide in metallic material |
| JP2007309489A (en) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Tsubakimoto Chain Co | Multirow chain for transmission |
-
2013
- 2013-04-09 RU RU2013116154/28A patent/RU2530483C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2089884C1 (en) * | 1995-01-31 | 1997-09-10 | Институт химии высокочистых веществ РАН | Method of determination of gas-forming impurities in solid highly pure substances |
| WO1999056110A1 (en) * | 1998-04-28 | 1999-11-04 | Kawasaki Steel Corporation | Method of analyzing oxygen and oxide in metallic material |
| JP2007309489A (en) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Tsubakimoto Chain Co | Multirow chain for transmission |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГОСТ 9853.5-96. ТИТАН ГУБЧАТЫЙ. Методы определения кислорода, Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации, Минск. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Loudyi et al. | Improving laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) performance for iron and lead determination in aqueous solutions with laser-induced fluorescence (LIF) | |
| Cserfalvi et al. | Emission studies on a glow discharge in atmospheric pressure air using water as a cathode | |
| Wang et al. | Design modification of a solution-cathode glow discharge-atomic emission spectrometer for the determination of trace metals in titanium dioxide | |
| Makino et al. | Determination of major to trace elements in metallic materials based on the solid mixing calibration method using multiple spot-laser ablation-ICP-MS | |
| JP6216786B2 (en) | Method for improving reproducibility of mass spectrum and quantitative analysis method using the same | |
| Gornushkin et al. | Determination of cobalt in soil, steel, and graphite using excited-state laser fluorescence induced in a laser spark | |
| Carvalho et al. | Multi-energy calibration and sample fusion as alternatives for quantitative analysis of high silicon content samples by laser-induced breakdown spectrometry | |
| Kent | Production of barium and light rare earth element oxides during LA-ICP-MS microanalysis | |
| Pickhardt et al. | Trace analysis of high-purity graphite by LA–ICP–MS | |
| Becker et al. | Determination of trace elements in high-purity platinum by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry using solution calibration | |
| JP2017161267A (en) | Method for measuring amount of chloride ion on surface of and inside concrete structure | |
| RU2530483C1 (en) | Method of determining weight ratio of oxygen in metal powders | |
| WO2016039828A1 (en) | Ion implantation system and process for ultrasensitive determination of target isotopes | |
| Swiderski et al. | The sensitive determination of Ag, Pb and Tl as well as reduction of spectral interferences in a hanging drop cathode atmospheric pressure glow discharge excitation microsource equipped with a Dove prism system | |
| Buchmann et al. | Analysis of a CF4/O2 plasma using emission, laser‐induced fluorescence, mass, and Langmuir spectroscopy | |
| Mushtaq et al. | Comparison of a sample containing oxide with a pure sample with argon–oxygen mixtures | |
| Shimazu et al. | Sensitive quantitative analysis of strontium in microdroplet by surface-enhanced laser-induced breakdown spectroscopy using porous silicon | |
| Liu et al. | Determination of the insoluble aluminum content in steel samples by using laser-induced breakdown spectroscopy | |
| Peng et al. | Slurry sampling fluorination assisted electrothermal vaporization-inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry for the direct determination of metal impurities in aluminium oxide ceramic powders | |
| JP2023548270A (en) | Method of determining hafnium content in metallic zirconium and alloys based on it | |
| Steffan et al. | ICP-AES analysis of nonconductive materials after spark ablation | |
| Silva et al. | Magnesium nitrate as a chemical modifier to improve sensitivity in manganese determination in plant materials by tungsten coil atomic emission spectrometry | |
| Simons et al. | Study on microscopic homogeneity of polymeric candidate reference materials BAM H001–BAM H010 by means of synchrotron µ-XRF and LA-ICP-MS | |
| Bi et al. | Study of solution calibration of NIST soil and glass samples by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry | |
| Tong et al. | Semi-quantitative analysis of geological samples using laser plasma time-of-flight mass spectrometry |