Химический анализ металлов и сплавов. Назначение и современные методы исследования

Назначение

Химический анализ позволяет:

• определить количественный состав;
• исследовать образец на присутствие примесей и определить их концентрацию;
• идентифицировать сплав;
• выяснить соотношение примесей сплава для его маркировки.

Проведение исследования необходимо для:

• экспертизы продукции для определения соответствия действующим стандартам;
• непрерывного контроля технологического процесса;
• входного контроля исходного сырья;
• разработки и создания новых сплавов;
• сертификации продукции;
• освидетельствования чистых металлов.

Выгодные условия покупки популярного оборудования для анализа металлов

Наша компания реализует современное оборудование для анализа состава металлов, которое может использоваться в разных отраслях промышленности. Все приборы отличаются высокой точностью, легко транспортируются, могут использоваться в течение длительного времени без потери технических характеристик. Стоимость спектрометров и другого оборудования для проведения исследований соответствует их высокому качеству, надежности и функциональности, отличается лояльностью.
Источник

Методы атомно-эмиссионного спектрального анализа

Атомно-эмиссионный спектральный анализ (АЭСА) металлов и сплавов получил наибольшее распространение в различных отраслях промышленности. С его помощью можно исследовать вещества в различных агрегатных состояниях на присутствие многих химических элементов. Он имеет низкий предел обнаружения элементов, отличается простотой и низкой себестоимостью, что делает целесообразным его использование в лабораториях спектрального анализа металлов, решающих различные аналитические задачи.

Регистрация эмиссионного спектра пробы осуществляется спектрографом, спектроскопом или спектрометром. По этому признаку все способы проведения АЭСА подразделяются на следующие три группы, каждая из которых имеет свою специфику.

Спектрографический

Проводится с использованием спектрографа, который позволяет относительно быстро получить надежные результаты. Метод предусматривает регистрацию атомных спектров на фотопластинку с последующей идентификацией их с помощью планшета или на спектропроекторе.

Преимущества:

• объективность;
• документальность.

Недостатки:

• трудоемкость;
• низкая оперативность.

Спектрометрический

Для исследования пробы применяются приборы с фотоэлектрической регистрацией спектра. Этот вид химического анализа металлов и сплавов относится к объективным методам и позволяет оперативно получать информацию.

Преимущества:

• экспрессность;
• высокая точность результатов;
• полная автоматизация процесса;
• обработка результатов на ЭВМ и их архивирование.

Недостатки:

• сложность эксплуатации оборудования;
• возникновение проблем оптической и электрической стабильности;
• нельзя одновременно регистрировать широкую область спектра.

Визуальный

Отличается от двух предыдущих субъективностью, так как приемником излучения служит человеческий глаз. Несмотря на ограниченные возможности, визуальный спектральный анализ широко используется в промышленности. Особенное значение визуальный метод приобретает при необходимости контроля химического состава легированных сталей в процессе их производства.

Преимущества:

• экспрессность;
• простота;
• проведения анализа в месте нахождения проб;
• низкая стоимость оборудования.

Недостатки:

• невысокая точность результатов;
• не позволяет определять неметаллические элементы.

Методы исследования химического состава стали

Анализ химического состава стали проводится не во всей массе выплавляемой стали, а в отдельно взятых для исследований пробных материалах. Во время очередной плавки берётся проба, по которой определяются характеристики для всей остальной партии. На основании этого составляется документация, подтверждающая химический состав данной стали.

Взятые пробы заливают в специальные стаканы из чугуна, где сталь затвердевает. После этого её сверлят посередине или строгают для получения стальной стружки, с которой и производится процедура анализа состава. При сверлении нельзя использовать напильники, отскочившие частицы которых могут повлиять на состав полученного материала. Результаты такого исследования заносятся в сертификат, который выдаётся на сталь данной плавки.

Основная сложность процедуры в том, что сталь в жидком и твёрдом виде различается по своему составу. Поэтому важно соблюдать одно условие: переход из жидкого состояния в твёрдое должен быть очень быстрым. В таком случае результаты исследования будут достоверными.

Современными способами химического анализа являются эмиссионный и рентгено-флуоресцентный. Эмиссионные спектрометры – это специальные приборы, определяющие количественный состав элементов в стали. Допустимая погрешность таких исследований сведена к минимуму. Другой метод проводится при помощи рентгеновской трубки, которая реагирует на энергетические фотоны каждого металла. Эти современные методы отличаются простотой, точностью и не требуют тщательной и сложной подготовки пробы.

Целью исследования является определение химических элементов, входящих в состав стали и их процентное соотношение между собой. Для определения содержания каждого из них применяются отдельные процедуры, в ходе которых узнаётся состав стали конкретной плавки.

Исследователи опытным путём получают информацию о содержании в пробе стали углерода, серы, марганца, кремния, никеля, фосфора, хрома, алюминия, вольфрама, молибдена.

Анализ химического состава стали проводится не во всей массе выплавляемой стали, а в отдельно взятых для исследований пробных материалах. Во время очередной плавки берётся проба, по которой определяются характеристики для всей остальной партии. На основании этого составляется документация, подтверждающая химический состав данной стали.

Взятые пробы заливают в специальные стаканы из чугуна, где сталь затвердевает. После этого её сверлят посередине или строгают для получения стальной стружки, с которой и производится процедура анализа состава. При сверлении нельзя использовать напильники, отскочившие частицы которых могут повлиять на состав полученного материала. Результаты такого исследования заносятся в сертификат, который выдаётся на сталь данной плавки.

Основная сложность процедуры в том, что сталь в жидком и твёрдом виде различается по своему составу. Поэтому важно соблюдать одно условие: переход из жидкого состояния в твёрдое должен быть очень быстрым. В таком случае результаты исследования будут достоверными.

Современными способами химического анализа являются эмиссионный и рентгено-флуоресцентный. Эмиссионные спектрометры – это специальные приборы, определяющие количественный состав элементов в стали. Допустимая погрешность таких исследований сведена к минимуму. Другой метод проводится при помощи рентгеновской трубки, которая реагирует на энергетические фотоны каждого металла. Эти современные методы отличаются простотой, точностью и не требуют тщательной и сложной подготовки пробы.

Целью исследования является определение химических элементов, входящих в состав стали и их процентное соотношение между собой. Для определения содержания каждого из них применяются отдельные процедуры, в ходе которых узнаётся состав стали конкретной плавки.

Исследователи опытным путём получают информацию о содержании в пробе стали углерода, серы, марганца, кремния, никеля, фосфора, хрома, алюминия, вольфрама, молибдена.

Анализаторы металлов и сплавов: цены, виды, принцип работы

Оперативное и точное определение вида металла или состава сплава требуется во многих отраслях промышленности. Но особенно востребован такой анализ в работе с вторсырьем из металла.

Ведь «на глаз» определить точный состав и качественные показатели не сможет даже опытный приемщик или поисковик.

Для того чтобы быстро выяснить состав сплава и его истинную стоимость, используют анализатор металлов. Другое название этого прибора — спектрометр.

Благодаря этому прибору можно точно выяснить, медь это или сплав, который содержит большой процент меди. Также можно выяснить точное количество никеля в нержавеющей стали. И все это без разрушения объекта – лом не надо распиливать или извлекать из него искры.

Прибор полезен тем, кто работает с ломом черных и цветных металлов. Еще при помощи анализатора можно выяснить присутствие в сплаве тяжелых металлов, что важно для безопасности и соблюдения законов.

Подробно о лицензировании сдачи и приема цветных металлов читайте в этой статье, а если черных — здесь.

Принцип работы анализатора состава металла

Первым появился анализатор металлов и сплавов, который действовал на основе рентгеновской флуоресцентной спектрометрии. В дальнейшем появились устройства, которые использовали лазерно-индуцированную спектрометрию.

Несмотря на это до сих ежегодно по всему миру продается более 5000 рентгеновских анализаторов для сортировки металлолома и положительной идентификации материалов. Лазерные устройства могут применяться как отдельно, так и дополнять приборы РФА при анализе сплавов. Особенно эти анализаторы нужны при работе со сплавами с низким атомным номером или легкими элементами, такими как бериллий, литий, магний, алюминий и кремний.

Рентгенофлуоресцентный анализатор металлов

Спектральный анализатор металлов или РФА характеризуется высокой точностью определения их состава.
Принцип действия этих устройств основан на энергодисперсионном методе, при котором излучение, создаваемое миниатюрной рентгеновской трубкой, попадает на поверхность образца и вызывает ионизацию внутренней оболочки атомов, составляющих образец. Получающиеся пустоты во внутренней оболочке атома заполнены электронами из более высоких оболочек, и, таким образом, фотоны, специфичные для элемента, испускаются и обнаруживаются с помощью кремниевого детектора.

РФА может работать одновременно для определения элементов от титана до свинца в течение нескольких секунд. Когда необходимо, второе условие луча используется для определения легких элементов, что приводит к более длительным измерениям, обычно от 10 до 60 секунд.

Лазерные анализаторы металлов

ЛАМ используют метод оптической эмиссионной спектрометрии, но, в отличие от искровой оптической эмиссионной спектрометрии, это излучение следует за генерацией плазмы, индуцированной лазером. Лазерный импульс попадает на поверхность образца и удаляет количество материала в диапазоне 1 нанограмм, генерирует плазменный шлейф (частично ионизированный газ) в диапазоне температур от 5 до 20 тысяч Кельвин (К). Энергия лазера мала, но она фокусируется на микроскопической точке в образце для генерации плазмы.

В типичных портативных системах лазерных анализаторах дисперсионная мощность спектрометра часто ограничена его размером, поэтому их возможности требуется дополнить другими устройствами. Для охвата всего спектрального диапазона от 180 до 800 нанометров (нм) может потребоваться несколько спектрометров. Кроме того, длины волн менее 200 нм (например, углерод, 193,09 нм или сера, 180,73 нм) сильно поглощаются воздухом и требуют продувки аргоном оптического пути.

С помощью ЛАМ можно обнаружить практически любой элемент, обычно содержащийся в металлах. Особенности этих анализаторов:

1. Очень высокая чувствительность к щелочным (литий, натрий и т. Д.) и щелочноземельным металлам (бериллий, магний и т. д.);
2. Хорошая чувствительность к переходным металлам, за исключением огнеупорных элементов (таких как ниобий, молибден, вольфрам или тантал), их трудно определить;
3. Чувствительность к углероду, фосфору и сере обычно недостаточна для анализа этих элементов в сплавах.

Несмотря на внедрение передовых лазерных технологий, для более тяжелых сплавов, таких как супер сплавы, медные сплавы (кроме алюминия и бериллиевой бронзы), припои, свинцовые сплавы или сплавы драгоценных металлов, РФА обеспечивает лучшую чувствительность и точность анализа, чем лазерные устройства. Поэтому, как анализатор драгоценных металлов он подходит лучше.

Кроме того, измерение элементов в отходах может быть затруднено для ЛАМ. Например, обнаружение свинца и олова в сплавах из нержавеющей стали при невысокой концентрации будет затруднено при использовании лазерных анализаторов.

Как сэкономить

Далеко не каждый, кто работает в сфере металлического вторсырья, обладает достаточной суммой для покупки этого дорогостоящего оборудования. Бывает, что пункт приема только недавно открылся, и у хозяина еще нет свободных средств для покупки анализатора.

Аренда

Брать анализатор металла в аренду на долгое время невыгодно. На тематических форумах участники указывают, что можно взять в аренду прибор за 150-300 долларов за день. Эта возможность целесообразна только если вам необходимо единожды проверить крупную партию металла. Аренда – хороший вариант, если необходимо провести ревизию.

Поисковики берут в аренду анализаторы в случае, если, к примеру, обнаружили не найденную еще нетронутую свалку металлолома и хотят прикинуть, сколько заработают на этом.

Покупка б/у

Недорогой вариант как для приемщиков, так и для поисковиков. В частных объявлениях можно найти как относительно новые, так и устаревшие модели.
Можно купить анализатор металлов и сплавов, цена на модель бу которого составит примерно 8700 долларов.

Как пример можно рассмотреть Innov-X Alpha-2000 2008 г выпуска. Другие модели доступны за схожую цену.

Покупка бывших в употреблении анализаторов имеет ряд минусов и возможных негативных последствий.

Во-первых, на них никто не дает стандартную гарантию в один год.

Во-вторых, вам неизвестен ресурс рентгеновской трубки (если это рентгенофлуоресцентный анализатор металлов). У прибора могут быть неисправности, которые продавец скроет от покупателя.

Прибор стоит как машина среднего класса, поэтому вас могут обмануть, ведь неизвестно, при каких условиях его хранили и использовали. Если это происходило неправильно, высок риск того, что в аппарате поврежден детектор. Его замена стоит дорого и сведет на нет любую экономию при покупке б/у прибора.

Альтернативный вариант — лаборатория

Если партия металла, которая заходит в пункт приема или найдена поисковиком однородная, можно воспользоваться лабораториями при металлургических комбинатах и НИИ. Обычно одна такая экспертиза стоит около 500 рублей. Такие лаборатории надо искать неподалеку.

Популярные модели и их стоимость

Цены могут отличаться от тех, которые покупатель получит при личном контакте с продавцом, так как те не любят афишировать стоимость своего товара.

Стационарные

Подойдут разве что большим базам приема металлолома, которые получают большое количество однородного металла за раз.

Анализатор металлов М5000. Несмотря на то, что он – стационарный, размеры его компактные и он может поместиться на стол. Применяется больше на производстве, в том числе, вторичной металлургии. Эксперты и участники рынка отзываются о M5000 как об аппарате, в котором оптимально сочетаются цена и качество.

Основные производители

Olympus Corporation

Японская компания, известная своими товарами в области оптики и фототехники. Ее анализаторы металлов пользуются популярностью, так как считаются по-японски надежными и находятся в среднем ценовом сегменте.

Компания вкладывает деньги в научно-технические разработки и усовершенствование программного обеспечения. Для портативных анализаторов создана технология Delta X-act Count, благодаря которой уменьшились скорость и пределы обнаружения.

FPI (Focused Photonics Inc)

Китайская компания, которую основали выпускники американских престижных ВУЗов. Считается одним из лидеров по производству всяческих систем для контроля за экологией окружающей среды. Их анализаторы металла также пользуются спросом.

Портативный анализатор металлов FPI несколько дешевле, чем у основных конкурентов.

Bruker

Немецкая компания, основанная более 50 лет назад. Производство, лаборатории и представительства находятся в 90 странах. Состоит из четырех подразделений, которые занимаются разными направлениями. Разработкой и производством систем анализа металлов занимается Bruker AXS и Bruker Daltonics.

Считаются качественными и довольно распространены на рынке России благодаря хорошей работе представительств.

Существует также ряд отечественных организаций, которые занимаются разработкой и производством анализаторов. Обычно для работы с ломом цветных и черных металлов возможностей их продукции вполне хватает, а стоят устройства заметно дешевле.

Искать их надо в зависимости от вашего местонахождения.

Принцип и преимущества

Принцип работы портативных устройств такой же, как и в стационарных. Стационарные занимают много места и требуют специальных навыков обращения. Научится работать с портативными проще. Весят такие приборы в среднем 1,5–2 кг, батареи хватает на несколько часов.

У них есть
жидкокристаллический дисплей, на который выводится информация о составе в виде применяемых в химии обозначений.
У прибора есть возможность накапливать и хранить информацию, в том числе, результаты анализов и фотографии.

Точность – 0,1%, чего с головой хватает для работы в сфере вторичной переработки.

Вот что можно проверять с помощью портативного анализатора:

1. Конструкции больших размеров.
2. Конструкции сложной формы.
3. Слитки.
4. Мелкие детали.
5. Трубы.
6. Пруты.
7. Заготовки.
8. Электроды.
9. Стружку и металлическую пыль.