Спектральный анализ химического состава металла и сплава

Краткий обзор методов

Анализ состава металла традиционными методами аналитической химии основан на способности к взаимодействию с реагентами. Процедура включает подготовку проб, взвешивание, титрование; требует усилий и времени. Сейчас химанализ металла классическим аналитическим исследованием на практике проводится редко. Определение состава, основанное на физических явлениях, проходит быстро и результативно. Так, часто используемый спектральный анализ сплавов имеют следующие достоинства:

• оперативность исполнения: • минимальное количество вспомогательных приспособлений; • максимальная точность значений; • простота осуществления; • возможность проведения в полевых и стационарных условиях.

Достоверный химический анализ металла проводят на современном спектральном оборудовании, регистрирующем интенсивность волн эмиссии. Надежны, удобны в работе, доступны по стоимости эмисcионные спектрометры отечественной марки. Спектральный анализ стали, других материалов имеет высокую точность, используется при сертификации.

Химический анализ металлов

Методы химического анализа являются основными при определении состава различных веществ. Современный химический анализ металлов и сплавов является важным этапом экспертизы, которая используется для определения качества продукции и проверки ее соответствия текущим стандартам.

Без этой процедуры не проводятся технологические процессы в отрасли производства сталей, она необходима при создании и выпуске новых материалов, а также контроле выпускаемой продукции современными предприятиями.

От правильности и точности проведенного анализа будет зависеть качество и надежность будущей продукции, которая производится с использованием металлов и их сплавов. Однако очень часто возникает необходимость повысить оперативность контроля, а также иметь возможность автоматизировать контроль.

В связи с этим были разработаны физико-химические и физические методы определения состава материалов. Среди этих методов одно из главных мест занимает спектральный анализ.

Анализаторы химического и фазового состава

Практически ни одна отрасль промышленного хозяйства не может нормально функционировать и развиваться без точного определения химического состава используемых в производстве материалов.

Металлургия, машиностроение, нефтехимическое производство, горнодобывающая и обрабатывающая отрасль, выпуск цемента, а также проведение многочисленных исследовательских работ подразумевает под собой наличие современных анализаторов химического состава металлов и сплавов.

ООО «МЕЛИТЭК» предлагает предприятиям, научно-исследовательским центрам, институтам качественное оборудование, предназначенное для проведения высокоточного химического и фазового анализа руд, анализа сплавов, металлов, керамики, почв и жидкостей.

Мы предлагаем оборудование, которое может быть использовано в самых разных сферах промышленности, где необходим анализ структурного и фазового состава или анализ химического состава сплавов, руд или металлов.

Например, портативный рентгеновский анализатор сплавов станет незаменимыми помощником там, где есть необходимость экспресс-анализа состава металла.

Это может быть сортировка лома металлов, диагностика качества деталей при проведении ремонтно-технических работ, входная экспресс-диагностика качества поставляемого на предприятие сырья.

Для проведения высокоточных исследований, анализа руд и анализа сплавов в лабораториях предприятия, ООО «МЕЛИТЭК» поставляет специальные стационарные оптико-эмиссионные спектральные анализаторы металлов производства фирмы Bruker (Германия) — лидера в области производства оборудования для химического анализа металлов и сплавов, позволяющих определить их структурный и фазовый состав. Данные спектрометры позволяют проводить высокоточный сертифицированный анализ различных металлов и их сплавов. Такое оборудование является необходимым атрибутом на том предприятии, где требуется постоянный контроль качества выпускаемой продукции. Также для этих целей используются рентгеновские спектрометры и дифрактометры фирмы Bruker. Линейка моделей, выпускаемая этим лидером в области рентгеновской спектрометрии, призвана удовлетворить самые различные потребности при проведении высококачественного химического и структурного анализа различных материалов.

Для определения «легких элементов» в твердых материалах, таких как кислород, водород, азот, сера и углерод, предлагает современные анализаторы газообразующих элементов фирмы Bruker.

Все это оборудование позволит Вашему предприятию непрерывно контролировать качество поступающего сырья и улучшать уровень выпускаемой продукции.

Оптико-эмиссионный анализатор металлов и сплавов

Оптико-Эмиссионный анализатор представляет собой классический спектрометр, оснащенный оптической системой Пашена-Рунге с фокальным расстоянием в 350 мм. Анализаторы металлов и сплавов, по сравнению с предыдущим типом устройства, имеет стационарное исполнение.

Главным отличием данного типа спектрометров от рентгено-флюоресцентных портативных анализаторов металла является возможность определения С (углерода в образцах), S (серы) и P (фосфора) с высокой точностью, что позволяет проводить анализ и сортировку сталей по маркам .

Приборы широко используются при решении следующих задач:

На входном контроле ,
При восстановлении паспортов на промышленные объекты ,
При сортировке металлолома ,
При подборе аналогов сталей и сплавов (Импортозамещение)
В металлургии при производстве сталей.

Он использует мощное программное обеспечение и надежный защитный корпус, что делает возможным его использование в суровых производственных условиях. Установленная на этот анализатор химического состава металлов цена полностью оправдывает себя возможностями оборудования и широтой его применения.

Все анализаторы внесены в госреестр средств измерений.

Рентгено-флуоресцентный анализатор металлов и сплавов

Подобное оборудование может использоваться при работе с любым материалом, вне зависимости от его формы, размера или массы. Так, в роли инспектируемого объекта может выступать проволока, готовые неразборные конструкции, порошок, сплавные материалы и т.д.

Используется анализатор химического состава металлов данного типа для проведения ряда операций:
Организация входного контроля качества сплавов и сталей.
Сортировка металлолома.
Подготовка шихтовых материалов.
Мгновенный анализ. Рентгено-флуоресцентный анализатор химического состава металлов позволяет за несколько секунд определить марку металла, при этом этап производства значения не имеет.

Формируемая на анализатор химического состава металлов цена позволяет за относительно небольшую плату получить уникальный портативный анализатор металлов, с помощью которого можно мгновенно получать данные об исследуемом веществе, что особенно важно в условиях производственной или строительной площадки.

Все современное оборудование — электронные устройства, данные с которых могут передаваться на портативные, карманные компьютеры, что существенно упрощает и ускоряет обработку полученной информации.

Что же касается принципа, по которому работает представленный анализатор металлов и сплавов, в основе его функционирования лежит воздействие на исследуемый материал посредством рентгеновских лучей. Получать данные о свойствах материала позволяет анализ степени и скорости проникновения, отражения и рассеивания лучей.

Таким образом, рентгено-флуоресцентный аназатор может выступать как анализатор цветных металлов, черных, ферросплавов и многих других.

Способы маркировки металла

В первую очередь самым популярным способом нанесения маркировки на металл является ударно точечный. Суть данного способа заключается в использовании специального станка с множеством точных игл, которые под высоким давлением выдавливают необходимое изображение или надпись на металле.

Следующим является способ, который называется прочерчивание. В нем также используется игла с алмазным наконечником, которая буквально в металле прочерчивает дорожки в виде необходимого для нанесения изображения или надписи.

Самым последним возможным способом нанесения логотипа на металл называют нанесение с помощью лазера. Так за счет использования множества зеркал и линз, лазерный луч направляется концентрировано на металл и выжигает необходимую картинку прямо на листе металла.

Суть, возможности атомно-эмисcионных измерений

Спектральный анализ металлов основан на способности атомов в результате возбуждения испускать волны. Процесс инициирует искровое, лазерное, дуговое, другие воздействия. Источник возбуждения расположен в генераторе – блоке спектрометра, который при необходимости легко подлежит замене. В эмисcионном анализаторе происходит измерение интенсивности оптических волн, испускаемых атомами после перехода в возбужденное состояние. По длине волны и величине пика на спектре автоматически идентифицируется химический элемент, рассчитывается его концентрация. Атомно-эмисcионная спектроскопия позволяет анализировать вещества в различных агрегатных состояниях. Для измерений требуется минимальное количество материала. Посредством анализа на стационарном или мобильном спектрометре устанавливают марку стали, степень чистоты металлов; делают химанализ металлических сплавов. Приборы могут определять массовые доли элементов с пределом детектирования 0,0001%

Неразрушающий контроль металлов, спектральный анализ состава изделий

Любое литейное и металлообрабатывающее производство не может обойтись без систем контроля своей продукции. Снижение качества поставляемых изделий стало большой проблемой для отечественных предприятий, которые теперь вынуждены закупать требуемые материалы за границей. Именно поэтому важным фактором на производстве является система контроля поставляемой продукции и контроль изделий.

Методы контроля изделий на производстве

От правильности и точности проведенного анализа будет зависеть качество и надежность будущей продукции, которая производится с использованием металлов и их сплавов.

Однако очень часто возникает необходимость повысить оперативность контроля, а также иметь возможность автоматизировать контроль. В связи с этим были разработаны физико-химические и физические методы определения состава материалов. Среди этих методов одно из главных мест занимает спектральный анализ.

Преимущества метода

Благодаря высокой избирательности, оказывается возможным быстро и с высокой чувствительностью определить химический состав анализируемого материала. Исследовать состав металла по спектру можно без нарушения его пригодности к использованию, т.е.

можно проводить неразрушающий контроль образцов. Несмотря на громадное число аналитических методик, предназначенных для исследования различных объектов, все они основаны на общей принципиальной схеме: каждому химическому элементу принадлежит свой спектр.

Благодаря индивидуальности спектров имеется возможность определить химический состав тела. Сравнительная простота и универсальность спектрального анализа сделали метод основным методом контроля состава вещества в металлургии, машиностроении, атомной промышленности. С его помощью определяют химический руд и минералов, особое место в этой области занимает неразрушающий контроль металлов.

Принцип метода

Для проведения исследования вещество необходимо испарить, так как свет, излучаемый веществом в газообразном состоянии, определяется химическим составом этого вещества, в отличие от света, излучаемого твердыми телами или жидкостями. Для испарения и возбуждения вещества используют высокотемпературное пламя, различного типа электрические разряды в газах: дуга, искра и т. д.

Высокая температура в разрядах (тысячи и десятки тысяч градусов) приводит к распаду молекул большинства веществ на атомы. Поэтому эмиссионные методы служат, как правило, для атомного анализа и очень редко – молекулярного. Излучение паров вещества складывается из излучения атомов всех элементов. Для исследования необходимо выделить излучение каждого элемента.

Задачи изучения спектров

Точность атомного спектрального анализа зависит, главным образом, от состава и структуры исследуемых объектов. Анализировать состав близких по своей структуре и составу образцов, можно с погрешностью ±1 – 3% по отношению к определяемой величине.

В металлургии и машиностроении спектральный анализ металлов стал в настоящее время основным методом неразрушающего контроля, перед которым ставятся следующие задачи:

Исследование сплавов в процессе плавки с целью получения сплава нужного состава;
Анализ готовых сплавов с целью определения марки сплава (сортировки), либо точное определение его состава или определение содержания вредных примесей;
Контроль качества готовых изделий;
Контроль правильности применения сплавов при монтаже готовых изделий;
Проверка различного рода покрытий;
Иногда необходимо определять распределение примесей и включений в металле.

Области применения

Методы атомного спектрального анализа, качественного и количественного, разработаны значительно лучше, чем молекулярного, и имеют более широкое практическое применение.

Атомные спектральные исследования используют для анализа самых разнообразных объектов.

Область его применения очень широка: черная и цветная металлургия, машиностроение, геология, химия, биология, астрофизика и многие другие отрасли науки и промышленности.

Область использования молекулярной спектроскопии в основном охватывает анализ органических веществ, хотя применима и для изучения неорганических соединений. Молекулярный анализ спектров внедряется, главным образом, в химической, нефтеперерабатывающей и химико-фармацевтической промышленности.

Приборы наблюдения спектра

Это осуществляется с помощью оптических приборов – спектральных аппаратов. В этих приборах световые лучи с разными длинами волн отделяются пространственно друг от друга, позволяя проводить изучение спектра исследуемого вещества.

Для визуального наблюдения спектра используются приборы:

Спектроскопы – спектр наблюдается визуально;
Спектрографы – спектр фотографируется на фотопленку;
Монохроматоры – выделяется свет одной длины волны, и его интенсивность может быть зарегистрирована с помощью фотоэлемента

Для измерения спектров используются спектрометры.

Можно выделить следующие стадии изучения спектров:

Получение спектра анализируемой пробы;
Определение длины волны спектральных линий или полос, после чего устанавливают их принадлежность к определенным элементам или соединениям, т. е. находят качественный состав пробы;
Измерение интенсивности спектральных линий или полос, принадлежащих определенным элементам, что позволяет провести количественный спектральный анализ, т.е. найти их концентрацию в анализируемой пробе

Дополнительные устройства для работы с оптико-эмисcионным оборудованием

Спектральный анализ металлов и сплавов с лазерным инициированием производится в атмосфере особо чистого аргона. Если степень очистки газа неудовлетворительна, его нужно доочищать. Лаборатория спектрального анализа металлов подлежит укомплектованию устройством для дополнительной очистки газов. Агрегат позволяет довести до идеального состояния не только аргон, но и гелий, азот, водород, необходимый для многих спектральных исследований. Для извлечения кислорода из рабочей камеры используются вакуумные насосы. Эффективно работает двухступенчатое пластинчато-роторное оборудование. Существует несколько видов эмисcионных спектрометров, часть их которых производит неразрушающий анализ. Образующийся на поверхности образца очаг эрозии с глубиной несколько микрон не мешает последующей эксплуатации объекта. В других ситуациях пробу нужно предварительно подготовить, для чего понадобятся специальные устройства.

Рентгено-флуоресцентный спектрометр

Анализ химического состава металла можно проводить с участием рентгеновских лучей. После возбуждения первичными рентгеновскими лучами характеристическое излучение химических элементов образует спектр. Измерение интенсивности флуоресцентных линий дает информацию о концентрации. Существуют стационарные и мобильные спектрометры, которые проводят экспресс измерения образца без разрушения материала. На приборах с рентгено-флуорнсцентрым принципом действия выполняется спектральный анализ сталей, других сплавов, композитов, сложных веществ Таким методом можно узнать концентрацию 45 химических элементов. Маленькие атомы с порядковым номером до 11 после возбуждения флуоресцируют слабо, что мешает их идентификации. Эти элементы можно идентифицировать химически или другими физическими методами. РФА не рекомендован для анализа черных металлов, метод удобен для проведения сортировки лома с учетом ограниченных возможностей идентификации легких элементов Все результаты визуализируются на цветном дисплее, сохраняются в файле приборного компьютера Для расширения диапазона возможностей портативных рентгено-флуоресцентных спектрометров на них устанавливают дополнительные калибровки. Услуга может быть выполнена на заводе-изготовителе за небольшую цену или в сервисных центрах, имеющихся в Москве, других крупных городах.

Эмиссионные характеристики вещества

Исследование спектров излучения компонентов материала может быть перспективным с точки зрения оперативности анализа и низких порогов обнаружения, достигающих тысячных долей процента и меньше. Распространенным источником является электрическая дуга переменного или постоянного тока, искра, а также тлеющий разряд и индуктивно связанная плазма. Широкое применение в качестве детектора получили линейки приборов с зарядовой связью, позволяющие осуществлять информативную визуализацию спектра испускания после преобразования света с помощью дифракционной решетки.