Перед анализом каждого образца необходимо определять поправку контрольного опыта, как указано в 4.4.7. Во время анализа в ловушках 5 и 6 поддерживают постоянный уровень жидкого азота; изменение уровня не должно превышать 15 мм.
Для анализа алюминиевых сплавов, содержащих компоненты с высоким давлением пара, в экстракционную трубку 1 сбрасывают первый («холостой») образец из серии, помещают над образцом с помощью магнита стальной шарик в кварцевой оболочке и проводят дегазацию образца в течение 1 ч при температуре анализа. По окончании анализа образец удаляют из зоны нагрева в отросток экстракционной трубки поворотом ее в шлифе 2. Затем определяют поправку контрольного опыта по 4.4.7 и проводят анализ следующих образцов в соответствии с 4.4.9 и 4.4.10.
Примечание — Проведение дегазации «холостого» образца обусловлено необходимостью удаления влаги, адсорбированной на стенках экстракционной трубки, при взаимодействии которой с возгонами образуется водород, искажающий результаты анализа. Для предотвращения распространения возгонов по всей поверхности трубки служит кварцевый шарик (рисунок 2), который используют при анализе каждого образца, содержащего компоненты с высоким давлением пара.
Для проведения анализа другой серии образцов проводят следующие операции.
Выключают электропечь сопротивления 75 и через 20 мин закрывают краны Кх, Кг.
Выключают стеклянный парортутный насос 4 и испаряют жидкий азот сжатым воздухом из ловушки 5. Вакуум в аналитической системе понижается за счет испарения влаги, сконденсированной на ловушке. Откачивают аналитическую систему через парортутный диффузионный насос 13 до создания высокого вакуума, после чего закрывают кран Ку
Выключают парортутный диффузионный насос 13 и спустя 10 мин испаряют жидкий азот из ловушки 5. Через 15 мин закрывают кран К$. Спустя 30 мин после выключения парортутного диффузионного насоса отключают воду.
Выключают форвакуумный насос 74и впускают в насос воздух через кран К5, соединив его с атмосферой.
В низковакуумную магистраль через кран Ag впускают воздух атмосферы.
Кранами и К2 соединяют экстракционную трубку 7 с низковакуумной магистралью и отсоединяют ее от водоохлаждаемого шлифа 2.
Загружают новую партию образцов.
При выключении установки, когда серия загруженных образцов проанализирована не полностью, проводят операции, указанные в 4.4.13.2—4.4.13.4.
Воздух в аналитическую систему и парортутный диффузионный насос 13 впускают только при общем профилактическом ремонте установки и устранении неисправностей.
После проведения каждой серии анализов для удаления возгонов, оставшихся на стенках экстракционной трубки, ее заполняют водой и выдерживают 5—7 мин. Затем трубку заполняют раствором соляной кислоты 1 : 9 и выдерживают до полного удаления возгонов, после чего промывают дистиллированной водой.
Если возгоны не удалены, то после обработки трубки раствором соляной кислоты необходимо промыть ее проточной водой и заполнить фтористоводородной кислотой, выдержать в течение 3—5 мин до полного удаления возгонов, вновь промыть проточной, затем дистиллированной водой.
Промытую трубку прокаливают в электропечи сопротивления при температуре (900 ± 20) °С в течение 30 мин.
Обработка результатов
Массовую долю водорода в анализируемом образце X, млн-1, вычисляют по формуле
jr=Z06ui-^0B, (1)
где — суммарная массовая доля водорода, выделившегося при анализе образца, млн-1;
Ліов — массовая доля «поверхностного» водорода, соответствующая образцу данного сплава данных размеров, млн-1.
Суммарную массовую долю водорода Хобщ, млн-1, вычисляют по формуле
0
(2)
,89 Vа Л - Л •где 0,89 — коэффициент, млн-1/см3;
V— объем аналитической системы, см3;
273
а = ^+273 — температурный коэффициент,
t — температура в помещении, °С;
Рг — давление водорода при анализе, Па:
Р2 и Р3 — общее и остаточное давление при анализе, Па;
Р4— давление водорода при проведении контрольного опыта, Па:
Р^Рз-Р6>
Р5 и Р6— общее и остаточное давление при проведении контрольного опыта, Па;
Т — время анализа, мин;
1013 — коэффициент, Па;
m — масса образца, г.
Для определения массовой доли «поверхностного» водорода, образующегося при взаимодействии влаги, адсорбированной на поверхности образца, с металлом при температуре анализа, пруток из алюминия или алюминиевого сплава диаметром 10—12 мм помещают в кварцевую трубку и дегазируют при температуре анализа 10—15 ч в вакууме до полного удаления растворенного в металле водорода.
Из прутка выгачивают образцы и анализируют, как указано в 4.4.7—4.4.10.
Массовую долю «поверхностного» водорода ^ов, млн-1, соответствующую образцу данных размеров, вычисляют по формуле (2).
Среднее значение массовой доли «поверхностного» водорода для каждой марки сплава и образца принятых размеров определяют из анализа 15—20 образцов, проведенных параллельно.
Расхождения результатов не должны превышать значений, указанных в таблице 1.
Таблица! В млн-1
|
Массовая доля водорода |
Абсолютное допускаемое расхождение |
|
|
результатов параллельных определений |
результатов анализа |
|
|
От 0,06 до 0,13 включ. |
0,03 |
0,04 |
|
Св. 0,13 « 0,22 « |
0,04 |
0,06 |
|
« 0,22 « 0,31 « |
0,04 |
0,07 |
|
« 0,31 « 0,45 « |
0,05 |
0,08 |
|
« 0,45 « 0,70 « |
0,07 |
0,10 |
5 Метод вакуум-нагрева с масс-спектрометрическим анализатором в динамическом режиме
Сущность метода
Метод основан на экстракции водорода при нагреве анализируемого образца в высоком вакууме до температуры ниже температуры плавления сплава (обычно от 500 до 600 °С) и регистрации выделяющегося водорода масс-спектрометром.
Подготовка образцов для анализа
Используют два типа цилиндрических образцов: диаметром 8 мм, высотой 20 мм и диаметром 10 мм, высотой 10 мм.
Порядок подготовки образцов диаметром 8 мм и высотой 20 мм — по 4.2.1.
Для изготовления образцов диаметром и высотой, равными (10,0 ± 0,1) мм, вырезают заготовку шириной и толщиной 12 мм, длиной от 40 до 70 мм. Далее проводят операции в соответствии с 4.2.1.
Аппаратура, реактивы и материалы
Масс-спектрометр модели МХ-7203 для определения массовой доли водорода [1].
Допускается использование другой аппаратуры, обеспечивающей получение метрологических параметров, установленных настоящим стандартом.
Государственные стандартные образцы состава алюминиевых сплавов № 3261—85; № 3262—85; № 5060—89; № 5061—89; № 3263—85 по Госреестру. Допускается использование вновь выпускаемых государственных стандартных образцов состава алюминиевых сплавов с аттестованной массовой долей водорода от 0,08 до 0,5 млн-1.
П
Рисунок 3 — Вкладыш
ланиметр.В
кладыш из металлического молибдена высокой чистоты, содержащего не менее 99,5 % молибдена. Для изготовления вкладыша (рисунок 3) вытачивают из прутка молибдена цилиндрическую заготовку диаметром (16,0 ± 0,5) мм, высотой (26,0 ± 0,5) мм, выполняют двускатный выступ и два отверстия в соответствии с рисунком 3.
Полученную заготовку отжигают в вакуумной печи при температуре 1400—1500 °С в течение 4 ч, охлаждают в вакууме до комнатной температуры.
Заготовку обтачивают до диаметра (14,0 ± 0,5) мм — см. рисунок 3.
Вкладыш закрепляют в нижней части аналитического отростка экстракционной трубки (рисунок 26).
Остальные материалы и реактивы — по 4.3.
Проведение анализа
Проверяют положение органов управления масс- спектрометром, которое должно соответствовать указанному в таблице 2.
Таблица 2
|
Орган управления |
Положение |
|
Вентили водяного охлаждения диффузионного насоса и шлифа экстракционной трубки Все вентили вакуумной системы Тумблер «Сеть» стабилизатора напряжения Кнопка «Сеть» масс-спектрометра Кнопка форвакуумного насоса Кнопки блока развертки «Ручн», «АВТ», «СКАН», «ЭВМ» «Сеть» цифрового вольтметра «ГВЧ» — «УНТ» Кнопка «ИКД» «Сеть» ЛКС Кнопка «Источник — катод» Электромагнитные клапаны 7 и 2 Переключатель рода работ на блоке питания электромагнитных клапанов |
Закрыты Закрыты «Откл» «Откл» «Откл» Отжаты «Откл» Отжаты Отжата «Откл» Отжата Отжаты «Ручн» |
Загружают анализируемые образцы в загрузочную трубку.
Наносят вакуумную смазку на шлиф экстракционной трубки и притирают ее к водоохлаждаемому шлифу. Не допускается попадание вакуумной смазки на внутреннюю поверхность кварцевой трубки.
Для создания форвакуума во всей установке необходимо:
подать воду в систему охлаждения масс-спектрометра;
тумблер «Сеть» стабилизатора напряжения перевести в положение «Вкл»;
установить переключатель «Сеть» на блоке питания масс-спектрометра в положение «Вкл», при этом должна сработать световая сигнализация «Сеть» и включиться световая сигнализация охлаждения диффузионного насоса;
включить форвакуумный насос, кнопка в положении «Вкл». Одновременно с включением форнасоса включают «Сеть» УПТ, ГВЧ, ИКД и «Сеть» ЛКС.
После достижения необходимого форвакуума на форнасосе (положение стрелки индикатора в зеленом секторе шкалы, что соответствует 10-1 — 10~3 Па) открывают вентиль VH6, создавая в экстракционной трубке форвакуум.
Для создания в системе высокого вакуума необходимо:
перекрыть вентиль VH6 и открыть вентиль VH7, откачать форбаллон до вхождения стрелок индикаторов форвакуума форнасоса и форбаллона в зеленые сектора (10-1 — 10~3 Па);
включить нагрев диффузионного насоса нажатием кнопки «Вкл» на мнемосхеме блока управления вакуумной системой. При включении дифнасоса должна включиться его световая сигнализация;
через 20—25 мин, когда стрелка индикатора высокого вакуума пройдет две трети белого сектора шкалы, что соответствует 10-1 — 10-3 Па, в ловушку системы откачки залить жидкий азот (приблизительно одну треть объема) и обеспечить при закрытых высоковакуумных клапанах рабочий вакуум (стрелка индикатора высокого вакуума находится в зеленом секторе шкалы, что соответствует 10“3 — 10“5 Па). После этого ловушку полностью долить жидким азотом;
при наличии требуемого вакуума в анализаторе и в экстракционной системе масс-спектрометра открыть высоковакуумные вентили VH3 и VH4.
Проводят дегазацию экстракционной трубки. Для этого печь сопротивления надвигают на аналитический отросток экстракционной трубки и с помощью программатора температуры устанавливают температуру дегазации 900 °С. Продолжительность дегазации — 30—40 мин.
Снижают температуру печи до рабочей.
Включают источник ионов нажатием клавиши на блоке питания, потенциометром «Эмиссия» задают силу тока эмиссии, равную 0,4—0,5 мА. На панели блока питания высвечиваются светодиоды «ИСТОЧНИК» и «КАТОД».
Заливают жидкий азот в ловушку аналитической системы.
Перекрывают высоковакуумный вентиль VH4 и открывают вентиль VH1, соединяющий экстракционную трубку с анализатором.
Устанавливают аттенюатор шкал «УПТ» и переключатель «ДИАПАЗОН ИЗМЕРЕНИЙ» ЛКС в положение, обеспечивающее наиболее удобную запись интенсивности регистрации водорода. Скорость протяжки диаграммной ленты должна быть 720 или 300 мм/ч.
В ручном режиме потенциометром «РАЗВЕРТКА НАЧАЛО» настраиваются на максимум пика водорода, затем смещаются с максимума пика водорода в сторону начала развертки до уровня фона и нажимают кнопку «АВТ» или «СКАН». Запись пиков водорода (рисунок 4) будет происходить автоматически после нажатия кнопки «АВТ». Масс-спектрометр может работать и в режиме ЭВМ.
Запись пиков водорода на самопишущий потенциометр проводят при положении переключателя длительной развертки 3 или 4.
Магнитом удаляют шарик их экстракционной трубки, сбрасывают образец в экстракционную трубку с помощью толкателя, магнитом опускают шарик и записывают на ленте ЛКС кинетическую кривую выделения водорода (рисунок 5).
Первый образец («холостой») из загруженной серии используют для дегазации экстракционной трубки путем наведения возгонов. Дегазацию считают законченной при достижении постоянного значения интенсивности выделения водорода. Удаляют образец из экстракционной трубки, повернув ее на 90 °.
После наведения возгонов проводят градуирование масс-спектрометра для определения градуировочного коэффициента по водороду (см. 5.5).
Анализ остальных образцов серии проводят, как указано в 5.4.10, 5.4.12, 5.4.13.
Экстракцию считают законченной при достижении значения интенсивности выделения
