JPH01163656A

JPH01163656A - 金属ブロック中の微量水素分析方法及びその装置

Info

Publication number: JPH01163656A
Application number: JP62321539A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Honma; 聡本間
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1987-12-21
Filing date: 1987-12-21
Publication date: 1989-06-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明はＡ１合金等の金属ブロック中の微量水素分析方
法及びその装置に関する。

〈従来の技術〉例えば、自動車のエンジンのシリンダヘッドはＡ４合金
鋳物で造られているが、Ａ４合金は水素との反応性が極
めて高いので、注湯時に空気中の水分等を巻き込むなど
して水素を抱き込んだピンホールやブローホールが形成
される可能性がある。このようなピンホール等は熱疲労
強度への影響が大きいので例えば鋳造時に真空脱ガスな
ど種々の対策が検討されている。

そして、この対策により合金中の水素量が減少したかど
うかは、従来はある断面の気孔率により判断していた。

すなわち、Ａ１合金のある断面を切り出して研摩し、単
面積当りに存在するピンホールの数から気孔率を求める
ことにより判断していた。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかしながら、上述したような鋳造品中ではピンホール
等は不均一に存在し、また、切り出した断面を研摩して
いる際にピンホールの一部がっぷねてしまったりして、
合金中の水素量を正確に把握できないという問題がある
。

また、上述したＡｌ’合金鋳物中の水素量は数十ｐｐｍ
、真空脱ガスを施した場合には１０ｐｐｍ以下程度と予
想されるので、このような微少量を正確に測定する方法
は確立されてない。

本発明はこのような事情に鑑み、上述したようなＡ１合
金等の金属ブ四ツク中の微量水素量を正確に測定しうる
微量水素分析方法及びその装置を提供することを目的と
する。

〈問題点を解決するための手段〉前記目的を達成する本発明の金属ブロック中の微量水素
分析方法は、不活性ガス雰囲気下に金属を溶解させた金
属浴を設けるとともにこの金属浴内に金属ブロックの試
験片を投入し、該試験片が溶解して発生した水素ガスを
水素ガス吸着剤で吸着し、吸着した水素ガスを定量する
ことを特徴とし、また、その装置は金属浴を有する密閉
系を真空状態にしうる減圧手段と、上記密閉系に不活性
ガスを導入するガス導入手段と、上記不活性ガスで置換
された密閉系内の金属浴中へ金属ブロックの試験片を投
入しうる試料投入手段と、上記金属浴内で溶解された試
験片から発生した水素ガスを吸着する吸着手段と、この
吸着手段で吸着した水素ガスを定量する分析手段とを有
することを特徴とする。

く作　　　用〉前記構成の方法において、金属浴内の溶解金属内に投入
された試験片は溶解されて含有する水素を不活性ガス雰
囲気中に放出する。

この水素ガスは吸着剤に吸着された後、定量される。

また、前記構成の装置において、減圧手段で真空状態に
するとともにガス導入手段により不活性ガスを導入する
ことにより密閉系内は不活性ガスで置換される。試料投
入手段によりこの不活性ガス雰囲気を保持しながら試験
片を金属浴内に投入すると、試験片は含有水素を□放出
する。この放出水素は吸着手段により吸着された後、分
析手段により定量される。

く実　施　例〉以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図には本発明方法を実施する好適な一分析装置の構
成を示す。同図に示すように、密閉容器となるシリカ製
の抽出管１内にはアルミナ製の金属浴２が設けられ、こ
の金属浴２内にはアルミニウム３が内蔵されている。

この抽出管１の周囲には電熱炉４が設けられており、金
属浴２内のアルミニウム３を溶解しうるようになってい
る。なお、５は熱電対である。

抽出管１は減圧手段及びガス導入手段により不活性ガス
であるＨｅ雰囲気下にできるようになっている。すなわ
ち、抽出管１には減圧手段としてロータリーポンプ６及
びデイフュージョンポンプ７が接続されて高真空度が得
られるようになっており、これらポンプ６゜７と抽出管
１との間にはポンプ６．７のオイル蒸気が抽出管１に入
り込まないように液体窒素で冷却されたコールドトラッ
プ８が介装されている。また、抽出管１にはガス導入手
段としての図示しないＨｅボンベより、Ｈｅガスが導入
できるようになっており、Ｈｅガス中の水分等の不純物
を除去するために液体窒素で冷却されたコールドトラッ
プ９が介装さねている。なお、図中、］０は真空度を見
るためのガイスラー管、１１及び１２はコック、１３は
バブラーである。

抽出管１と減圧手段及びガス導入手段とを接続する配管
１４には、試料導入手段１５が介装されている。この試
料導入手段１５は、配管１４から分岐した配管１６に設
けられた投入口１７と、配管１６及び配管１４内に設け
られた鉄片１８とからなる。投入口１７を開いて投入し
た試料片１９は、磁石を介して鉄片１８を動かすことに
より金属浴２内のアルミニウム３に投入されるようにな
っている。

また、抽出管１にはコック２０を介して分析システムが
接続されている。この分析システムは第２図に示すよう
に溶解された試料片１９から発生する水素ガスを吸着す
る吸着手段となる吸着部２１と図示しない分析手段とし
てのガスクロマトグラフィー（Ｇ、Ｃ）とからなる。

吸着部２１は低温状態でＨｅガスを吸着しうる吸着剤（
例えば、モレキュラー・シーブ５Ａ；高滓製作所社製）
を充填したステンレス製のＵ字管２２を有しており、四
方コック２３．２４を介して抽出管１と分析手段との間
に設けられている。そして、第４図ｆ、ｌに示すように
、四方コック２３を開、２４を閉とすると、コック２０
を介して抽出管１からの導入ガスはＵ字管２２内を通っ
て出口２５から排出される。このとき、Ｕ字管２２を液
体窒素で冷却すれば導入ガス中のＨ２のみがＵ字管２２
内の吸着剤に吸着される。一定時間経過後、第４図（ｂ
）に示すように四方コック２４を閉とし、Ｕ字管２２を
常温に戻すと、吸着部２１は密閉系となり、この密閉系
内にＨ２ガスが保持されるようになる。このＨ２ガスを
定量するには、Ｇ、Ｃ側の四方コック２４を開とし、入
口２６からキャリアガスとしてＨｅを導入することによ
り、Ｈ２を出口２７よりＧ、Ｃに導入すればよい。

以上説明した実施例の装置の操作を例として本発明方法
を説明する。

まず、コック１１，１２，２０を閉とし、ロータリーポ
ンプ６及びデイフュージョンポンプ７を作動させて抽出
管１を含む系内を真空状態とする。ガイスラー管１０で
真空状態を確認した後、コック１２を開としてバブラ一
１３でＨｅの出を確め、コック１２を閉、コック１１を
開とすることにより、系内にＨｅガスを導入する。

一方、このように抽出管１を含む系内をＨｅ雰囲気下と
する間、電熱炉４により金属浴２を７００〜８００℃に
加熱し、金属浴ｚ中のアルミニウム３を溶解させておく
。

このヨウにＨｅガス雰囲気下でアルミニウム３を溶解さ
せた状態を安定に保持できた後、まず、試料片１９を入
れないブランク状態のＨ２を分析する。すなわち、吸着
剤を充填したＵ字管２２を液体窒素冷却下でセットし、
四方コック２３を開、２４を閉とした状態でコック２０
を開とし、ブランク状態のガスを吸着部２１に導入する
。一定時間、例えば１０分間ブランクガスを導入した後
四方コック２３及びコック２０を閉として吸着部２１を
閉回路とし、Ｕ字管２２を冷却していた液体窒素を外す
。これによりＵ字管２２が常温に戻され、吸着剤に吸着
されていたＨ２は閉回路内に放出される。このＨ２は四
方コック２４を開として入口２６から導入されるＨｅガ
スによりＧ、Ｃに導入されて定量される。

次に実際の試験片１９中のＨ２の定量を行う。

上述のようにコック２０を閉じたブランク状態で投入口
１７を開いて試験片１９を配管１６内に投入する。この
とき空気を巻き込まないように、Ｈｅの導入を多くして
Ｈｇがバブルする程度の加圧状態にして投入口１７を開
けるのがよい。そして配管１６中の試験片１９は鉄片１
８を磁石で動かすことにより抽出管１内の金属浴２中に
投入する。

なお、ＡＩ！合金である試験片１９の表面には空気中の
Ｈ２，Ｈ２Ｏが吸着され易いので、例えば、アセトン洗
浄後、表面研摩してアセトンで洗浄し、５０℃程度の恒
温室中保持しておいたものを直ぐ使用するようにする。

金属浴２内の溶解されたアルミニウム中に投入された試
験片１９は溶解され、その中に含有されていたＨ２は抽
出管１内に放出される。

このＨ２を定量するには上述したブランクＨ２の定量と
同様に行う。すなわち、新たなＵ字管２２を液体窒素冷
却下にセットした後、四方コック２３を開、２４を閉と
し、コック２０を開として同様に抽出管１内のガスを一
定時間Ｕ字管２２に導入する。その後、四方コック２３
及びコック２０を閉としてＵ字管２２を常温に戻し、四
方コック２４を開としてＵ字管２２に吸着されていた鴇
をＧ、Ｃに導入することによりＨ２の定量を行う。乙の
Ｈ２の分析値と上述したブランク値との差が試験片１９
内のＨ２ガス量となる。なお、Ｇ、Ｃとしては、例えば
熱伝導度型検出器を有するものを用いればよい。

なお、上述した実施例において、金属浴２内にアルミニ
ウム３を用いたのはＡＪ金合金ある試験片１９に含まれ
ているＨ２を全て抽出管１内に放出し易くするためであ
る。本発明方法は他の金属ブロック内のＨ２分析にも使
用することができるが、例えば銅の分析に用いる場合に
は金属浴２内には、スズなどを入れておけばよく、さら
に脱酸素剤としてゲルマニウムを用いればよい。

また、上記実施例における吸着剤のＨ２の吸着能をシリ
ンジでＨ２をＵ字管２２の上流側に導入して上記方法と
同様にすることにより確めたところ、９９〜１０１％の
値が検出され、吸着剤の吸着能が確かなことが確認され
た。

上記実施例では試料投入手段として、簡単な投入口１７
を設け、系内を加圧状態にしてから試料片１９を投入す
るようにしたが、抽出管１を含む系と遮断しうる別の系
に投入口を設け、この投入口より試料片を投入した後、
該系を真空にして抽出管１を含む系と接続するようにし
てもよい。

〈発明の効果〉以上、実施例とともに具体的に説明したように、本発明
によれば、金属ブロック中の微量水素を正確に分析する
ことができる。よって例えばＡ１合金製のシリンダヘッ
ドの熱疲労強度の評価等に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる微量水素分析装置の水
素抽出部の構成図、第２図はその分析システムを示す構
成図である。図　　面　　中、１は抽出管、２は金属浴、４は電熱炉、６はロータリーポンプ、７はデイフュージョンポンプ、１５は試料投入手段、２１は吸着部、２３．２４は四方コックである。

Claims

【特許請求の範囲】１）不活性ガス雰囲気下に金属を溶解させた金属浴を設
けるとともにこの金属浴内に金属ブロックの試験片を投
入し、該試験片が溶解して発生した水素ガスを水素ガス
吸着剤で吸着し、吸着した水素ガスを定量することを特
徴とする金属ブロック中の微量水素分析方法。２）水素ガスの定量をガスクロマトグラフィーで行う特
許請求の範囲第１項記載の金属ブロックの微量水素分析
方法。３）金属ブロックをアルミニウム合金とし、金属浴内の
金属をアルミニウムとした特許請求の範囲第１項又は第
２項記載の金属ブロックの微量水素分析方法。４）金属浴を有する密閉系を真空状態にしうる減圧手段
と、上記密閉系に不活性ガスを導入するガス導入手段と
、上記不活性ガスで置換された密閉系内の金属浴中へ金
属ブロックの試験片を投入しうる試料投入手段と、上記
金属浴内で溶解された試験片から発生した水素ガスを吸
着する吸着手段と、この吸着手段で吸着した水素ガスを
定量する分析手段とを有することを特徴とする金属ブロ
ックの微量水素分析装置。５）分析手段がガスクロマトグラフィーである特許請求
の範囲第４項記載の金属ブロックの微量水素分析装置。６）減圧手段が液体窒素冷却のコールドトラップを備え
たオイルロータリーポンプである特許請求の範囲第４項
又は第５項記載の金属ブロックの微量水素分析装置。７）ガス導入手段が、液体窒素冷却のコールドトラップ
を介してヘリウムガスを導入するものである特許請求の
範囲第４項、第５項又は第６項記載の金属ブロックの微
量水素分析装置。