ГОСТ 22720.1-77 Редкие металлы и сплавы на их основе. Методы определения кислорода, водорода, азота и углерода.
ГОСТ 22720.1-77*
Группа B59
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
Методы определения кислорода, водорода, азота и углерода
Rare metals and their alloys. Methods for the determination of oxygen, hydrogen, nitrogen and carbon
ОКСТУ 1709*
____________________
* Измененная редакция, Изм. N 2.
Дата введения 1979-01-01
Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 29 сентября 1977 г. N 2341 срок введения установлен с 01.01.79
Проверен в 1983 г. Постановлением Госстандарта от 27.07.83 N 3511 срок действия продлен до 01.01.89**
* ПЕРЕИЗДАНИЕ. Ноябрь 1983 г., с Изменением N 1, утвержденным в июле 1983 г.; Пост. N 3512 от 27.07.83 (ИУС N 11, 1983 г.).
ВНЕСЕНО Изменение N 2, утвержденное и введенное в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 02.03.88 N 427 с 01.01.89
Настоящий стандарт распространяется на цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, рений, галлий, индий, иттрий, все редкоземельные металлы, фториды РЗМ, а также бинарные сплавы, состав которых приведен в табл.1 ГОСТ 22720.0-77, и устанавливает методы вакуумной экстракции для определения кислорода, водорода, азота и углерода.
1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
1.1. Общие требования к методам анализа - по ГОСТ 22720.0-77.
2. АППАРАТУРА, РЕАКТИВЫ И РАСТВОРЫ
"Установка "Гиредмет С-911М1", которая дополнена системой подачи кислорода в экстракционную часть (черт.1), для определения содержания газообразующих примесей в металлах.
1 - экстракционная печь; 2 - кислородный баллон с редуктором; 3, 5, 7, 10, 13, 14, 16, 18 - вакуумные краны; 4 - сильфонный вакуумметр; 6 - загрузочное устройство; 8, 15 - парортутные диффузионные насосы; 9 - резервный баллон; 11 - окислительная печь; 12 - манометр Мак-Леода; 17 - форвакуумный насос
Черт.1
Установка "Гиредмет C-1403M1" с блоком подачи кислорода (черт.2) для определения содержания газообразующих примесей в металлах.
1 - кислородный баллон с редуктором; 2 - сильфонный вакуумметр; 3, 15 - вакуумные вентили; 4 - вакуумное шлюз-загрузочное устройство; 5, 9, 11, 13, 17, 18, 19, 22, 24, 25, 26 - малые электромагнитные клапаны; 6, 7 - большие электромагнитные клапаны; 8, 27 - парортутные диффузионные насосы с ловушками; 10 - окислительная печь; 12 - резервный баллон; 14, 23, 29 - термопарные манометрические лампы; 16 - автоматический манометр Мак-Леода; 20 - форвакуумные насосы; 21 - форвакуумная ловушка; 28 - ионизационная манометрическая лампа; 30 - экстракционная печь
Черт.2
Установка "Гиредмет С-911М1", оснащенная экстракционной печью с концентратором тока.
Трубчатая печь сопротивления для нагрева образцов в загрузочном устройстве. Основные характеристики печи:
|
|
внутренний диаметр | (26±0,5) мм; |
длина | (140±10) мм; |
материал нагревателя | нихром; |
сопротивление нагревателя | 50-100 Ом; |
диаметр проволоки | 0,4-0,8 мм; |
пределы регулирования температуры | 300-1100 °С. |
Допускается использовать другую аппаратуру, не уступающую по основным аналитическим параметрам (воспроизводимость, предел обнаружения, вакуум, поправка контрольного опыта, температура тигля) приведенным выше приборам.
Тигли, экраны и другие детали из графита марки ГМЗОСЧ или МГОСЧ.
Тигли лабораторные корундовые.
Пруток и лента из никеля марки H1 или Н2, переплавленного в вакууме.
Пруток медный по ГОСТ 1535-71*.
Платина аффинированная марки Пла-1 по ГОСТ 12341-81*.
Окись меди гранулированная по ГОСТ 16539-79.
Смазка вакуумная в тюбиках.
Кислота азотная по ГОСТ 4461-77.
Кислота фтористоводородная по ГОСТ 10484-78.
Эфир этиловый технический по ГОСТ 6265-74 или х.ч.
Спирт этиловый ректификованный по ГОСТ 18300-87.
Кислород газообразный технический по ГОСТ 5583-78.
Азот жидкий технический по ГОСТ 9293-74.
Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.
Олово гранулированное марки 01 или 02 по ГОСТ 860-75.
Ртуть марки Р0 по ГОСТ 4658-73.
Масло вакуумное ВМ-4.
Вата медицинская гигроскопическая по ГОСТ 5556-81.
Бязь хлопчатобумажная по ГОСТ 11680-76.
Метан.
Калий хромовокислый по ГОСТ 4459-75.
Кислота серная по ГОСТ 4207-75.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
3. ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗУ
3.1. Подготовка проб, капсул, материала ванны к анализу.
Анализ проводят на двух образцах, массу которых выбирают в соответствии с табл.1. Образцы готовят следующим образом.
Таблица 1
|
|
|
|
|
Массовые доли примеси, % | Масса образца, г, при определении | |||
| кислорода | углерода | азота | водорода |
1·10  -2·10 | - | 3 | - | - |
2·10 -5·10 | - | 2-3 | 2-3 | - |
5·10 -1·10 | 2,3 | 1,5 | 1,5 | - |
1·10 -5·10 | 1,5 | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 | - |
1·10 -1·10  | 1,0-0,8 | 1,0-0,5 | 0,5-0,4 | 1,1-0,9 |
1·10 -5·10 | 1,0-0,8 | 0,5-0,4 | 0,4-0,3 | 0,9-0,8 |
5·10 - 1·10  | 0,8-0,5 | 0,4-0,3 | 0,3-0,2 | 0,8-0,5 |
1·10 -3·10 | 0,6-0,3 | 0,3-0,2 | 0,3-0,2 | 0,5-0,2 |
3·10 -1·10  | 0,3-0,1 |
|
| 0,2-0,1 |
Св. 1·10 | 0,1-0,05 |
|
| 0,1-0,005 |
1 - обойма;
2 - вставка-матрица; 3 - верхний пуансон; 4 - нижний пуансон
Черт.3
От слитков, листов, прутков и т.д. отбирают компактные образцы в соответствии со стандартами и нормативно-технической документацией на данную продукцию. Образцы, отобранные от слитков, образцы фольги и проволоки толщиной более 0,1 мм подвергают травлению при условиях, указанных в табл.1а.
Таблица 1а
|
|
|
|
Анализируемый материал | Состав травителя
| Температура травления, °С | Время травления, мин |
Ниобий, кремний | HF:HNО  =1:3 | 25 | 2 |
Молибден
| HF:HNО =6:1, промывка в растворе хромпика | 25
| 1
|
Рений
| HF:HNО =6:1, промывка в растворе хромпика | 50
| 2 |
Гафний, цирконий | HF:HNО =1:5 | 25 | 1 |
Ванадий | HNО :Н  О=1:1 | 25 | 2 |
Черт.4
После загрузки образца в капсулу края последней зажимают пассатижами или в тисках, зажимная поверхность которых предварительно обезжиривается. Образцы в капсулы переносят только чистым пинцетом.
При определении азота в качестве материала ванны применяют отрезки прутка никеля диаметром 12 мм и длиной 25 мм. При определении углерода - такие же отрезки прутка никеля и куски карбонильного железа массой, 0,1-1,0 г. Материал ванны перед загрузкой в тигель промывают в спирте и сушат на воздухе.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
4. ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА
4.1. Определение кислорода методом восстановительного плавления в вакууме
Метод восстановительного плавления в вакууме для определения кислорода заключается в следующем: образец анализируемого металла сбрасывают в графитовый тигель вакуумной печи (метод плавления без ванны) или в расплав (ванну) другого металла (железа, никеля, платины и др.), насыщенный углеродом. При этом образец плавится или растворяется в ванне. Содержащийся в пробе кислород соединяется с углеродом, выделяется в газовую фазу в виде окиси углерода и поступает в газоанализатор, где производится его количественное определение.
1 - кварцевая водоохлаждаемая колба; 2 - кварцевая воронка; 3 - первый графитовый экран; 4 - графитовый микротигель; 5 - второй графитовый экран; 6 - графитовый держатель
Черт.5
При эвакуации газов из анализатора в шлюзовую камеру загружают очередной образец, откачивают шлюз форвакуумным насосом, затем открывают вентиль шлюза на 1,5-2 оборота. По окончании эвакуации газов из анализатора прибор готов к очередному анализу (клапаны 6 и 9 - закрыты, 7 - открыт). После включения секундомера рукоятку вентиля шлюза поворачивают против часовой стрелки до тех пор, пока образец не упадет в тигель. Вслед за этим вентиль шлюза закрывают. Дальнейшие операции проводят в том же порядке, что и при определении поправки контрольного опыта.
Анализ серии образцов в одном тигле ведут до тех пор, пока масса расплава в тигле не превысит 10 г.
Анализ проводят на установке "Гиредмет С-911М1", оснащенной экстракционной печью с концентратором тока. Перед проведением анализа дегазируют тигель при температуре (2400±50) °С в течение 25-30 мин. Конец дегазации характеризуется величиной поправки контрольного опыта не более 3 мкг кислорода за 1 мин.
Устанавливают рабочую температуру:
(2300±50) °C - для анализа молибдена,
(2400±50) °С - для анализа ниобия.
Сбрасывают в тигель кусок чистого по кислороду молибдена (ниобия), содержащий кислорода не более 0,001%, массой 0,5-1 г, проверяют правильность установки рабочей температуры (время расплавления образца не превышает 15 с).
После эвакуации газа из анализатора установка готова к отбору следующей порции газа. Анализ образца проводят в том же порядке, что и определение поправки контрольного опыта.
Анализ образцов в одном тигле продолжают до тех пор, пока масса расплава в тигле не превысит 9 г.
Анализ проводят на установке "Гиредмет С-911М1", оснащенной концентратором тока, или на установке "Гиредмет С-1403М1". В горизонтальный отросток загрузочного устройства помещают анализируемый материал в следующем порядке:
чистый ниобий электроннолучевой плавки общей массой 1,5 г;
образец гафния массой не более 0,3 г;
образцы ниобия общей массой 1 г;
образец гафния массой не более 0,3 г.
Суммарная масса образцов не превышает 12 г при отношении массы ниобия к массе гафния не менее 3:1.
Перед проведением анализа дегазируют тигель при температуре 2400-2450 °С в течение 40 мин. Конец дегазации характеризуется величиной поправки контрольного опыта 10 мкг кислорода за 3 мин при температуре анализа 2400-2450 °С.
Для анализа сбрасывают в тигель 1,5 г ниобия и проверяют правильность установки рабочей температуры (время полного расплавления 1,5 г ниобия при температуре 2400-2450 °С - не более 15 с). Дегазируют расплав в течение двух-трех минут, затем проводят определение поправки контрольного опыта за 3 мин, после чего анализируют пробу гафния. Время экстракции - 3 мин. Затем определяют величину поправки контрольного опыта за 1,5 мин и анализируют образец ниобия с обязательным измерением величины поправки контрольного опыта перед анализом каждого образца. Время экстракции кислорода из ниобия - 1,5 мин. Измеряют величину поправки контрольного опыта за 3 мин, анализируют образец гафния до тех пор, пока масса расплава в тигле не превысит 12 г.
Анализ проводят на установке "Гиредмет С-911М1", оснащенной концентратом тока, или на установке "Гиредмет С-1403М1". В горизонтальный отросток загрузочного устройства помещают анализируемый материал в следующем порядке:
чистый ниобий общей массой 1,5 г;
образец рения массой не более 0,5 г;
образец ниобия общей массой 1 г;
образец рения массой не более 0,5 г ...и т.д.
Суммарная масса образцов не превышает 12 г при отношении массы ниобия к массе рения не менее 2:1.
Перед проведением анализа дегазируют тигель при температуре 2400-2450 °С в течение 40 мин. Конец дегазации характеризуется величиной поправки контрольного опыта 3 мкг кислорода за 1 мин при температуре анализа 2400-2450 °С в течение 40 мин.
Анализ проводят, как указано в п.4.1.1б. Время экстракции кислорода из ниобия и рения, как и время определения величины поправки контрольного опыта, составляет 1 мин.
Анализ образцов в одном тигле ведут до тех пор, пока масса расплава в тигле не превысит 12 г.
Анализ проводят на установке "Гиредмет С-1403М1", как указано в п.4.1.1, или на установке "Гиредмет С-911М1", как указано в п.4.1.1а.
Образцы после травления помещают в кварцевое загрузочное устройство, установку вакуумируют и проводят дегазацию графитового тигля. Время дегазации 25-30 мин, температура (2400±50) °С. Конец дегазации характеризуется величиной поправки контрольного опыта не более 3 мкг кислорода за 1 мин. Разница между двумя последовательными измерениями поправки контрольного опыта не должна превышать 0,3 мкг кислорода.
При нагреве происходит пиролиз метана, в результате которого поверхность образцов очищается от сорбированного кислорода и покрывается защитным слоем пироуглерода, препятствующего вторичной сорбции кислорода на образцах.
В процессе охлаждения образцов включают нагрев тигля и дегазируют его в течение 10 мин.
При анализе ниобия температуру тигля доводят до (2200±50) °С, сбрасывают образец и выдерживают его при этой температуре 2 мин. Затем переводят клапаны (краны) установки (черт.1 и 2) в положение "анализ", поднимают температуру тигля до (2400±50) °С. Время экстракции (от момента полного расплавления образца) - 1 мин. По окончании процесса экстракции проводят измерение величины поправки контрольного опыта за время, равное времени выдержки образца при температуре анализа. После этого снижают температуру тигля до (2200±50) °С и проводят анализ следующего образца в том же порядке.
При анализе молибдена температуру тигля доводят до (2300±50) °С. Время экстракции (от момента полного расплавления образца) - 1 мин. По окончании процесса экстракции проводят измерение величины поправки контрольного опыта за время, равное времени выдержки образца при температуре анализа. Анализ следующего образца проводят в том же порядке.
Анализ серии образцов ниобия или молибдена в одном тигле ведут до тех пор, пока масса расплава не превысит 12 г.
4.1.1а-4.1.1г. (Введены дополнительно, Изм. N 1).
1 - кварцевая водоохлаждаемая колба; 2 - кварцевая воронка; 3 - графитовый экран; 4 - графитовый тигель
Черт.6
Время экстракции - 5 мин. Для внесения поправки в результат анализа контрольный опыт проводят перед анализом каждого образца. Порядок действий при работе на установке "Гиредмет С-1403М1" указан в п.4.1.1.
После эвакуации газа из анализатора установка готова к отбору следующей порции газа. Анализ образца ведут в том же порядке, что и определение поправки контрольного опыта.
В одном тигле можно проанализировать 5-10 образцов общей массой до 5 г при отношении массы ванны к массе пробы (7-10):1. После анализа каждого образца в ванну необходимо добавлять 3-5 г никеля.
Анализ проводят на установке "Гиредмет С-911М1" или "Гиредмет С-1403М1". Перед проведением анализа дегазируют тигель при температуре (2000±50) °С в течение 2-3 ч.
Конец дегазации характеризуется величиной поправки контрольного опыта менее 3 мкг кислорода за 3 мин при температуре анализа (1800±30) °С.
Определение величины поправки контрольного опыта проводят, как указано в п.4.1.2. Затем нагрев выключают и после остывания тигля сбрасывают в него 0,8-1 г олова. Доводят температуру тигля до (1800±30) °С, повышая ток анода генераторной лампы в течение 4 мин. Через 2 мин повторяют измерение величины поправки контрольного опыта.
Анализируют первый образец. Время экстракции - 3 мин при температуре (1800±30) °С.
Проводят измерение величины поправки контрольного опыта.
За 30 с до начала анализа второго образца сбрасывают в тигель 0,3-0,4 г олова.
По окончании анализа второго образца проводят измерение величины поправки контрольного опыта; за 30 с до анализа третьего образца сбрасывают в тигель 0,3-0,4 г олова… и т.д.
В одном тигле допускается анализ до 20 образцов общей массой до 10 г.
(Введен дополнительно, Изм. N 1).
Анализ проводят на установке "Гиредмет С-1403М1" (см. черт.2) или "Гиредмет С-911М1" (см. черт.1). Экстракционную печь в сборе см. на черт.6.
Перед проведением анализа дегазируют тигель при (2000±50) °С в течение 2-3 ч. Затем снижают температуру до 1500-1600 °С и сбрасывают в тигель куски платины общей массой 7-8 г. Повышают температуру тигля до (1900±50) °С и дегазируют расплав 10 мин.
Далее анализ ведут, как указано в пп.4.1.1 и 4.1.2. Отношение массы ванны к массе анализируемого материала поддерживают равным (8-10):1. С этой целью перед каждым определением в тигель добавляют соответствующее количество платины. Суммарная масса анализируемого материала в одном тигле не должна превышать 7 г.
Анализ проводят на установке "Гиредмет С-1403М1" (см. черт.2) или установке "Гиредмет С-911М1" (см. черт.1). Экстракционная печь в сборе приведена на черт.6.
Перед анализом образцы загружают в капсулы (см. черт.4). Тигель дегазируют при (2000±50) °С в течение 1,5-2 ч. Затем снижают температуру до 1000-1200 °С и сбрасывают в тигель отрезки никелевого прутка общей массой 4-5 г. Повышают температуру тигля до (1700±50) °С и дегазируют расплав 10-15 мин.
Анализ проводят на установке "Гиредмет С-1403М1" (см. черт.2) или на установке "Гиредмет С-911М1" (см. черт.1). Экстракционная печь в сборе приведена на черт.6.
Анализ ведут на установке "Гиредмет. С-911М1" (см. черт.1). Экстракционная печь приведена на черт.7. Графитовая крышка 5 (см. черт.7) молибденовой проволокой 6 прикреплена к стальному сердечнику, сердечник передвигается магнитом и служит для подъема и опускания крышки 5 тигля 3.
1 - кварцевая водоохлаждаемая колба; 2 - первый графитовый экран; 3 - графитовый тигель; 4 - второй графитовый экран; 5 - графитовая крышка; 6 - молибденовая проволока диаметром 0,8-1 мм; 7 - кварцевая воронка
Черт.7
Графитовые детали к экстракционной печи: первый графитовый экран - черт.8, графитовый тигель - черт.9, второй графитовый экран - черт.10, графитовая крышка - черт.11, кварцевая воронка - черт.12.
|
|
|
|
 Черт.8
|  Черт.9 |  Черт.10 | |
 Черт.11 |  Черт.12 | ||
Допускается использовать установку "Гиредмет С-1403М1" (см. черт.2), в которой вакуумный шлюз заменен стеклянным или кварцевым загрузочным устройством, аналогичным загрузочному устройству установки "Гиредмет С-911М1".
Никель предварительно дегазируют по той же методике, что и капсулы. В две капсулы (первую и последнюю) закладывают только олово (0,3 г). Тигель дегазируют при (2000±50) °С в течение 2 ч. Затем снижают температуру до 1000-1200 °С, сбрасывают в тигель материал ванны 15 г меди и 15 г никеля, поднимают температуру до (1700±50) °С и дегазируют расплав 15-20 мин.
После измерения поправки контрольного опыта приподнимают графитовую крышку 5 (см. черт.7), сбрасывают в тигель 1,5 г никеля и капсулу с оловом (без образца), закрывают крышку и перекачивают газ в анализатор в течение 5 мин. Капсулы с образцами анализируют аналогичным образом, но кусок никеля сбрасывают за 20 с до капсулы. Анализ смеси экстрагированных газов проводят, как указано в п.4.1.2. Суммарная масса анализируемого материала в одном тигле не должна превышать 1,5 г для самария и европия и 3,0 г для остальных редкоземельных металлов.
Анализ ведут на установке "Гиредмет С-911М1" (см. черт.1). Экстракционная печь в сборе приведена на черт.13. Графитовая крышка 8 (см. черт.13) через втулку 12 запирает тигель 5. Крышка 8 молибденовой проволокой 9 прикрепляется к стальному толкателю, который передвигается магнитом и служит для подъема и опускания крышки 8.
1 - кварцевая водоохлаждаемая колба; 2 - кварцевая вставка; 3 - графитовый держатель; 4 - первый графитовый экран; 5 - графитовый тигель; 6 - графитовые отражатели-лепестки; 7 - второй графитовый экран; 8 - графитовая крышка; 9 - молибденовая проволока диаметром 0,8-1 мм; 10 - кварцевая воронка; 11 - графитовые штифты; 12 - первая графитовая втулка; 13 - вторая графитовая втулка
Черт.13
Графитовые и кварцевые детали к экстракционной печи: кварцевая воронка - черт.14, графитовый держатель - черт.15, первый графитовый экран - черт.16, графитовый тигель - черт.17, графитовый отражатель-лепесток - черт.18, второй графитовый экран - черт.19, графитовая крышка - черт.20, кварцевая воронка - черт.21, графитовый штифт - черт.22, первая графитовая втулка - черт.23, вторая графитовая втулка - черт.24.
Черт.14
Черт.15
|
|
 | 
|
Черт.16 | Черт.17 |
Черт.18
|
|
|
 |  |  |
Черт.19
| Черт.20 | Черт.21
|
 |  |  |
Черт.22 | Черт.23 | Черт.24 |
Допускается использовать установку "Гиредмет С-1403М1", в которой вакуумный шлюз заменен стеклянным или кварцевым загрузочным устройством, аналогичным загрузочному устройству установки "Гиредмет С-911М1".
Перед сбрасыванием образца графитовую крышку над тиглем поднимают и опускают, как только образец упадет в тигель. Время экстракции - 5 мин. Порядок анализа указан в пп.4.1.1 и 4.1.2. Поправку контрольного опыта определяют перед анализом очередного образца.
Аппаратура, условия дегазации тигля и проведения анализа указаны в п.4.1.7. Перед каждым определением в тигель сбрасывают 0,4-0,5 г плавленого фторида одного из редкоземельных металлов (за исключением фторидов самария и европия) и 0,3 г олова и дегазируют 5 мин. Количество материала, которое допускается анализировать в одном тигле при непрерывном ведении процесса, составляет 4 г (1 г для самария и европия). При анализе самария и европия в тигель вместе с оловом и фторидом редкоземельных металлов вводят 0,3 г индия, а после каждого определения в экстракционную печь напускают кислород до давления 0,053-0,067 МПа (400-500 тор) с последующей откачкой и дегазацией тигля при температуре 2000 °С до установления величины поправки контрольного опыта, указанной в п.4.1.7.
Анализ проводят на установке "Гиредмет С-911М1" (см. черт.1). Экстракционная печь в сборе приведена на черт.25. Графитовая крышка 6 (см. черт.25) молибденовой проволокой 7 прикреплена к стальному сердечнику, который передвигается магнитом и служит для подъема и опускания крышки 6 тигля 5.
1 - кварцевая водоохлаждаемая колба; 2 - кварцевая вставка (см. черт.13); 3 - графитовый держатель; 4 - графитовый экран; 5 - графитовый тигель; 6 - графитовая крышка; 7 - молибденовая проволока диаметром 0,8-1 мм
Черт.25
Графитовые детали к экстракционной печи: графитовый держатель - черт.26, графитовый экран - черт.27, графитовый тигель - черт.28, графитовая крышка - черт.29.
|
|
|
|
 |  | ||
Черт.26
| Черт.27
|
| |
 |  |
| |
Черт.28 | Черт.29 |
| |
Допускается использовать установку "Гиредмет С-1403М1", в которой вакуумный шлюз заменен стеклянным или кварцевым загрузочным устройством, аналогичным загрузочному устройству установки "Гиредмет С-911M1".
4.2. Определение кислорода методом высокотемпературного вакуум-нагрева
Метод высокотемпературного вакуум-нагрева для определения кислорода заключается в следующем. Образец сбрасывают в графитовый тигель вакуумной печи при температуре 2000 °С. При этом кислород диффундирует к поверхности образца, где взаимодействует с газообразным углеродом, находящимся в равновесии с графитом тигля. Образующаяся окись углерода выделяется в газовую фазу и количественно определяется в газоанализаторе.
После сбрасывания образца в тигель проводят высокотемпературную экстракцию в течение 10 мин. Для внесения в результат анализа поправки контрольный опыт проводят перед анализом каждого образца (как указано в пп.4.1.1 и 4.1.2). Анализ ведут в том же порядке, что и при определении поправки контрольного опыта, до тех пор, пока общая масса анализируемого материала не превысит 10 г.
4.3. Определение углерода
Метод окислительного плавления в вакууме для определения углерода заключается в следующем. В вакуумную индукционную печь помещают корундовый тигель, где расплавляют железоникелевую шихту и насыщают расплав кислородом из газовой фазы. Затем в системе создают разрежение. После дегазации образуется безуглеродистый расплав никель-железо-кислород. В расплав сбрасывают образец анализируемого металла. При растворении образца углерод, содержащийся в нем, окисляется, продукты реакции выделяются в газовую фазу. Газ поступает в анализатор, где определяется его количество.
Анализ проводят на установке "Гиредмет С-911М1" (черт.1) или на установке "Гиредмет С-1403М1" (черт.2). Экстракционная печь в сборе приведена на черт.30.
1 - кварцевая водоохлаждаемая колба; 2 - кварцевая воронка; 3 - экран из никелевой фольги толщиной 0,1 мм; 4 - наружный корундовый тигель (нижний диаметр 21 мм, верхний диаметр 25 мм, высота 45 мм); 5 - внутренний корундовый тигель (нижний диаметр 17 мм; верхний диаметр 21 мм, высота 125 мм); 6 - засыпка между наружным и внутренним тиглем из корундового порошка; 7 - кварцевая подставка
Черт.30
В наружный тигель 4 засыпают корундовый порошок крупностью 50-100 мкм на высоту 4-5 мм. Порошок изготовляют из материала тиглей. Внутренний тигель 5 вставляют в наружный, между стенками тиглей засыпают корундовый порошок. Внутрь воронки 2 вставляют экран из никелевой фольги, скрученный в виде трубки. Толщина фольги 0,1-0,2 мм. Наружный диаметр экрана равен внутреннему диаметру воронки, высота экрана больше высоты цилиндрической части воронки на 40-60 мм. Нижний край воронки при установке в экстракционной печи должен быть на 3-5 мм опущен во внутренний тигель. Во внутренний тигель загружают 3,5 г карбонильного железа и отрезок никелевого прутка длиной 25 мм и диаметром 12 мм. Тигли в сборе устанавливают на кварцевую подставку 7 внутрь колбы 1 и подвешивают воронку.
Таблица 2
|
|
|
|
|
Анализируемый материал
| Температура экстракции, °С | Время экстракции, мин
| Наибольшее допустимое отношение массы ванны к массе анализируемого материала | Масса анализируемого материала в одном тигле, г |
Галлий, индий и их сплавы | 1500±50 | 5 | 5:1 | 10 |
Тантал, ниобий, молибден, рений и их сплавы | 1700 ±50 | 7 | 5:1 | 10 |
Ванадий и его сплавы | 1700±50 | 5 | 7:1 | 7 |
Цирконий, иттрий, редкоземельные металлы и их сплавы | 1650±50 | 3 | 10:1 | 5 |
Гафний | 1800±50 | 10 | 20:1 | 2,5 |
Вольфрам | 1800±50 | 7 | 7:1 | 7 |
Определение поправки контрольного опыта проводят перед анализом каждого образца.
На установке "Гиредмет С-1403М1" (см. черт.2) поправку контрольного опыта определяют в следующем порядке: не менее чем за 5 мин до начала измерения переводят клапаны в исходное положение (клапаны 7, 13 - закрыты; клапаны 6, 9, 11 и вентиль 15 - открыты); поднимают сосуд Дьюара с жидким азотом к отростку окислительной печи 10; через 10-20 с открывают клапан 7, закрывают клапаны 6 и 9 и включают секундомер; по окончании отбора газа закрывают клапан 7; по окончании процесса окисления окиси углерода до двуокиси открывают клапан 9, эвакуируют газ (азот) из аналитической системы, закрывают клапан 9, опускают сосуд Дьюара с жидким азотом, заменяют его на сосуд Дьюара со спиртом, охлажденным до минус 60-70 °С; после окончания процесса размораживания двуокиси углерода измеряют ее давление с помощью автоматического манометра Мак-Леода 16; открывают клапан 9 и отогревают отросток окислительной печи.
При эвакуации газов из анализатора в шлюзовую камеру загружают очередной образец, откачивают шлюз форвакуумным насосом, затем открывают вентиль шлюза на 1,5-2 оборота. По окончании эвакуации газов из анализатора прибор готов к очередному анализу (клапаны 6 и 9 закрыты, 7 - открыт). После включения секундомера вращением рукоятки шлюза сбрасывают образец в тигель и шлюз закрывают.
На установке "Гиредмет С-911М1" (см. черт.1) поправку контрольного опыта определяют в следующем порядке: не менее чем за 5 мин до начала измерения переводят краны в исходное положение (кран 7 - в положение "откачка", кран 16 и вентиль окислительной печи 11 - открыты, кран 10 - закрыт); поднимают сосуд Дьюара с жидким азотом к отростку окислительной печи 11; через 10-20 с переводят кран 7 в положение "перекачка", закрывают кран 16 и включают секундомер; по окончании отбора газа переводят кран 7 в положение "откачка"; после завершения окисления окиси углерода открывают кран 16, эвакуируют газ (азот) из анализатора; закрывают кран 16, заменяют сосуд Дьюара с жидким азотом на сосуд Дьюара со спиртом, охлажденным до минус 60-70 °С; по окончании размораживания двуокиси углерода измеряют ее давление манометром Мак-Леода 12; открывают кран 16, отогревают отросток окислительной печи.
После эвакуации газа из анализатора установка готова к отбору следующей порции газа.
Анализ образцов на установке "Гиредмет С-1403М1" и "Гиредмет С-911М1" ведут в такой же последовательности, как при определении поправки контрольного опыта, и продолжают до тех пор, пока общая масса анализируемого материала не превысит величины, указанной в табл.2. Условия анализа применительно к конкретным материалам приведены в табл.2.
При нагреве образца в атмосфере кислорода происходит удаление поверхностно-сорбированных углерода и азота. В результате окисления поверхности значительно уменьшается вероятность вторичной сорбции углеродосодержащих соединений и азота.
Время дегазации 1,5-2 ч. Конец дегазации характеризуется величиной поправки контрольного опыта менее 1 мкг углерода. Разница между двумя последовательными измерениями поправки контрольного опыта не должна превышать 0,1 мкг углерода.
(Введен дополнительно, Изм. N 1).
4.4. Определение азота
Метод вакуум-плавления в безуглеродистой никелевой ванне для определения азота заключается в следующем. Образец сбрасывают в расплав никеля, находящийся в корундовом тигле вакуумной индукционной печи. После растворения образца в ванне азот выделяется из расплава в газовую фазу и перекачивается в анализатор, где определяется его количество.
Анализ ведут на установке "Гиредмет С-911М1" (см. черт.1) или на установке "Гиредмет С-1403М1" (см. черт.2). Экстракционная печь в сборе приведена на черт.30.
В наружный тигель 4 засыпают корундовый порошок крупностью 50-100 мкм на высоту 4-5 мм. Порошок изготовляют из материала тиглей. Внутренний тигель 5 вставляют в наружный, между стенками тиглей засыпают корундовый порошок.
Нижний край воронки 2 при установке в экстракционной печи должен быть на 3-5 мм опущен во внутренний тигель. Во внутренний тигель загружают отрезок никелевого прутка длиной 25 мм и диаметром 12 мм. Тигли в сборе устанавливают на кварцевую подставку 7 внутрь колбы 1 и подвешивают воронку.
Определение поправки контрольного опыта проводят перед анализом каждого образца.
На установке "Гиредмет С-1403М1" (см. черт.2) поправку контрольного опыта устанавливают в следующем порядке: не менее чем за 5 мин до начала отбора газа из экстракционной печи 30 приводят аналитическую систему в исходное положение (клапаны 7, 13 закрыты; 6, 9, 11 открыты; вентиль 15 открыт; к отростку окислительной печи 10 поднят сосуд Дьюара с жидким азотом); откачивают камеру шлюза форвакуумным насосом; открывают вентиль шлюза на 1,5-2 оборота; открывают клапан 7, закрывают 6, 9 и включают секундомер; через 15 с закрывают вентиль шлюза; через 10 мин закрывают клапан 7, открывают клапан 6 и по окончании процесса разделения газовой смеси (переключатель вакуумметра в положении "ЛТ-2") измеряют давление азота автоматическим манометром Мак-Леода 16; открывают клапан 9.
При эвакуации газов из анализатора в шлюзовую камеру загружают очередной образец, откачивают шлюз форвакуумным насосом, затем открывают вентиль шлюза на 1,5-2 оборота. По окончании откачки азота из анализатора прибор готов к очередному анализу (клапаны 6 и 9 закрыты, 7 открыт). После включения секундомера вращением рукоятки шлюза сбрасывают образец в тигель и шлюз закрывают.
На установке "Гиредмет С-911М1" (см. черт.1) поправку контрольного опыта определяют следующим образом: не менее чем за 5 мин до начала отбора газа из экстракционной печи 1 приводят аналитическую систему в исходное положение (кран 7 в положении "откачка", кран 16 и вентиль окислительной печи 11 открыты, кран 10 закрыт, к отростку окислительной печи поднят сосуд Дьюара с жидким азотом); переводят кран 7 в положение "перекачка", закрывают кран 16 и включают секундомер; через 10 мин переводят кран 7 в положение "откачка" и наблюдают за окончанием процесса разделения газовой смеси по показаниям вакуумметра аналитической системы; измеряют давление азота манометром Мак-Леода 12; открывают кран 16, откачивают азот.
После эвакуации газа из анализатора установка готова к следующему анализу.
Анализ образцов на установке "Гиредмет С-1403М1" и "Гиредмет С-911М1" ведут в такой же последовательности, как и при определении поправки контрольного опыта, и продолжают до тех пор, пока общая масса анализируемого материала не превысит величины, указанной в табл.3.
Таблица 3
|
|
|
|
|
Анализируемый материал | Температура экстракции, °С | Время экстракции, мин | Наибольшее допустимое отношение массы ванны к массе анализируемого материала | Масса анализируемого материала в одном тигле, г |
Ниобий, тантал, ванадий и их сплавы с хромом, вольфрамом и между собой | 1800±50 | 10 | 10:1 | 3 |
Молибден, вольфрам, рений и их сплавы | 1800±50 | 10 | 7:1 | 4 |
Цирконий и гафний и их сплавы | 1800±50 | 10 | 25:1 | 1 |
Редкоземельные металлы, иттрий и их сплавы | 1700±50 | 5 | 7:1 | 5 |
После окончания экстракции газа из каждого образца в ванну добавляют 1 г никеля и дегазируют расплав 3 мин.
Отросток окислительной печи в течение всего времени работы установок в режиме анализа остается погруженным в сосуд Дьюара с жидким азотом.
Условия анализа применительно к конкретным материалам приведены в табл.3.
Анализ проводят на установке "Гиредмет С-911М1" или "Гиредмет С-1403М1", как указано в п.4.4.1.
После измерения давления азота в анализаторе азот откачивают и доводят температуру ловушки окислительной печи до минус 70 °С с помощью охлажденного спирта. Затем измеряют давление газообразной двуокиси углерода.
Подготовку установки проводят, как указано в п.4.1.1, окисление образцов - как указано в п.4.3.2. Расплав дегазируют в течение 2-2,5 ч. Конец дегазации характеризуется величиной поправки контрольного опыта менее 2 мкг азота. Разница между двумя последовательными измерениями поправки контрольного опыта не должна превышать 0,2 мкг азота.
Анализ ниобия и молибдена проводят, как указано в п.4.4.1; при этом для кремния:
|
|
температура экстракции | (1500±50) °С; |
время экстракции | 5 мин; |
масса анализируемого материала в одном тигле | не более 6 г. |
4.4.2, 4.4.3. (Введены дополнительно, Изм. N 1).
4.5. Определение водорода
Время экстракции - 10 мин. Определение поправки контрольного опыта проводят, как указано в пп.4.1.1 и 4.1.2. Отличительная особенность состоит в том, что при анализе окислительная печь отсоединена от аналитической системы. Анализ ведут в том же порядке, что и определение поправки контрольного опыта. Процесс продолжают до тех пор, пока общая масса анализируемого материала не превысит 10 г.
5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Таблица 4
|
|
|
Определяемая примесь | Определяемые массовые доли, % | Абсолютные допускаемые расхождения, % |
Кислород | 5·10 | 5·10 |
| 1·10 | 1·10 |
| 2·10 | 1,5·10 |
| 5·10 | 4·10 |
| 1·10 | 5·10 |
| 2·10 | 7·10 |
| 5·10 | 2·10 |
| 1·10 | 4·10 |
| 2·10 | 7·10 |
| 2·10 | 6·10 |
Углерод или азот | 1·10 | 1·10 |
| 2·10 | 2·10 |
| 5·10 | 4·10 |
| 1·10 | 6·10 |
| 5·10 | 2·10 |
| 1·10 | 3·10 |
| 1·10 | 2,5·10 |
| 3·10 | 7·10 |
Водород | 2·10 | 1,2·10 |
| 5·10 | 2,4·10 |
| 1·10 | 4·10 |
| 5·10 | 1,5·10 |
| 1·10 | 3·10 |
(Измененная редакция, Изм. N 1).
5.3. Краткие характеристики способа определения примесей приведены в табл.5.
Таблица 5
|
|
|
Определяемая примесь
| Способ определения примеси
| Нижняя граница определяемых массовых долей, % |
Кислород | Плавление без ванны (ниобий, молибден, их сплавы) | 5·10 |
| Плавление в никелевой ванне | 1·10 |
| Плавление в платиновой ванне | 5·10 |
| Плавление в никелевой ванне и никелевых капсулах | 2·10 |
| Высокотемпературный вакуумнагрев без расплавления образца | 2·10 |
| Плавление без ванны (фториды РЗМ) | 1·10 |
| Плавление в ванне из фторида РЗМ | 2·10 |
| Плавление без ванны (индий, галлий, их сплавы) | 5·10 |
| Плавление в никелевой ванне и никелевых капсулах с применением олова | 1·10 |
| Плавление в медно-никелевой ванне | 1·10 |
Углерод | Окислительное плавление в вакууме | 1·10 |
Азот | Вакуумная экстракция в безуглеродистом расплаве никеля | 2·10 |
Водород | Вакуум-нагрев | 2·10 |
(Введен дополнительно, Изм. N 1).