PL202833B1 - Sposób wytwarzania materiałów odniesienia dla stopów na bazie cyny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania serii materiałów odniesienia do określania zawartości Cd, Zn, Ni, Fe, Sb, As, Pb, Bi, Al i Cu w stopach na bazie cyny, poddawanych badaniom jednorodności i procedurom certyfikacyjnym, a służących jako spektralne certyfikowane materiały odniesienia, zwane wzorcami, do określania składu chemicznego stopów na bazie cyny, zwłaszcza stopów łożyskowych.

W materiał ach odniesienia sł u żących do kalibracji spektrometrów emisyjnych zawartość domieszek musi być precyzyjnie wtopiona do metalu i jednorodna w całej masie wytworzonego materiału. Każdy odlany pręt jest cięty na walce o wysokości 25 mm i musi mieć taki sam skład chemiczny na całej powierzchni i głębokości.

W związku z tym, ze względu na zróż nicowaną koncentrację, różne temperatury topienia i lotność, dotychczas większość pierwiastków wprowadza się w postaci stopów wstępnych. W postaci czystej wprowadza się Sn, Cd, Sb i Pb jako pierwiastki stopowe, natomiast As, Zn i Bi jako zanieczyszczenia.

Problem precyzyjnego i jednorodnego w całej masie stopu wtopienia pierwiastków, rozwiązuje sposób według wynalazku.

Zgodnie z wynalazkiem, na dno rozgrzanego tygla pieca indukcyjnego tyglowego z tyglem szamotowo-grafitowym, korzystnie o pojemności 50 kg, najpierw wprowadza się rafinator najlepiej w postaci brykietów, następnie ładuje się czystą cynę i roztapia się ją pod pokryciem węgla drzewnego. Następnie do kąpieli metalowej o temperaturze około 500°C wprowadza się Cu w postaci stopu wstępnego CuSb55, a po roztopieniu stopu wstępnego do kąpieli metalowej wtapia się pozostałe składniki koniecznie w następującej kolejności: najpierw czysty Sb potem Ni w postaci stopu wstępnego SnNi6, potem Fe w postaci stopu wstępnego SnFe2, a następnie Al w postaci stopu wstępnego SnAI0,5. Potem do kąpieli metalowej dodaje się czysty As, a po jego wtopieniu dodaje się czysty Zn, po wtopieniu Zn dodaje się czysty Pb, po wtopieniu Pb dodaje się czysty Bi a na końcu wtapia się czysty Cd. Po wtopieniu wszystkich składników ciekły metal dokładnie miesza się, ściąga się z niego żużel, podgrzewa się go do temperatury 520 - 540°C i przelewa do zagrzanego tygla przelewowego, po czym odlewa się go do kokil żeliwnych, w postaci prętów, najczęściej o wymiarach około φ 40 mm x 350 mm, i wolno studzi na powietrzu. Pręty te tnie się na walce o wysokości około 25 mm.

Otrzymane wzorce w postaci walców poddaje się wstępnym badaniom jednorodności wszystkich wtopionych składników i sprawdzeniu zgodności składu chemicznego z zaplanowanym. Do wstępnego badania jednorodności pobiera się próbki na przemian z dołu i z góry odlanych prętów stanowiących wzorzec. Ocenę jednorodności przeprowadza się porównując intensywności linii charakterystycznych pierwiastków wchodzących w skład wzorców, wzbudzając czterokrotnie w iskrze niskowoltowej z obu stron powierzchnie czynne każdego walca.

Skład chemiczny ustala się w oparciu o analizy chemiczne wykonane metodą AES-ICP na bazie syntetycznych wzorców roztworowych.

Pozytywne wyniki upoważniają do przeprowadzenia statystycznej oceny jednorodności i międzylaboratoryjnej atestacji w oparciu o analizy chemiczne, z co najmniej trzech specjalistycznych laboratoriów chemicznych. Statystycznej ocenie poddaje się co najmniej 30% odlanego materiału.

Tak wytworzony materiał odniesienia stanowi produkt handlowy w postaci wzorca (certyfikowanego materiału odniesienia) przeznaczonego do spektralnego oznaczania zawartości Cd, Zn, Ni, Fe, Sb, As, Pb, Bi, Al i Cu w stopach na bazie cyny, zwłaszcza w stopach łożyskowych, a także do określenia gatunków tych stopów.

Okazuje się, że jedynie odpowiednia kolejność wtapiania poszczególnych pierwiastków w połączeniu z postacią wtapianego pierwiastka i parametrami procesu, pozwala uzyskać stopy na bazie cyny o ściśle planowanych zawartościach dodawanych pierwiastków.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono dokładnie w poniższym przykładzie.

P r z y k ł a d

Przykład dotyczy wykonania wzorca dla stopu na bazie cyny oznaczonego symbolem ŁA5.

Do pieca indukcyjnego tyglowego z tyglem szamotowo-grafitowym o pojemności 50 kg, na dno tygla wprowadza się 0,8 kg rafinatora opracowanego w Instytucie Metali Nieżelaznych w postaci brykietów, następnie ładuje się 25,239 kg czystej Sn i roztapia się ją pod pokryciem węgla drzewnego dodanego do wsadu w ilości 1 kg. Następnie do kąpieli metalowej wprowadza się Cu w postaci stopu wstępnego CuSb55 o zawartości wagowej 45,16% Cu ,w ilości 4,872 kg, a po wtopieniu tego stopu

PL 202 833 B1 dodaje się czysty Sb w ilości 2,728 kg. Następnie do kąpieli metalowej wtapia się pozostałe składniki w postaci czystej lub stopów wstępnych na bazie Sn, koniecznie w nastę pują cej kolejnoś ci: najpierw wtapia się Ni w postaci stopu wstępnego SnNi6 o zawartości wagowej 5,2% Ni, w ilości 4,231 kg, potem Fe w postaci stopu wstępnego SnFe2 o zawartości wagowej 2,68% Fe, w ilości 1,642 kg, a następnie Al w postaci stopu wstępnego SnAI0,5 o zawartości wagowej 0,49% Al, w ilości 0,980 kg. Potem do kąpieli metalowej dodaje się 0,24 kg czystego As, a po jego wtopieniu dodaje się 4,8 g czystego Zn. Po wtopieniu Zn dodaje się 0,20 kg czystego ołowiu, po wtopieniu Pb dodaje się 40 g czystego Bi a na końcu wtapia się 4 g czystego Cd.

Po wtopieniu wszystkich składników ciekły metal dokładnie miesza się, podgrzewa się go do temperatury 520°C i przelewa do zagrzanego tygla przelewowego, następnie ściąga się z niego żużel po czym odlewa się do kokil żeliwnych pręty o wymiarach φ 40 mm x 350 mm i wolno studzi się je na powietrzu. Pręty te tnie się na walce o wysokości 25 mm i z każdego z nich pobiera się próbki do oceny jednorodności oraz do oceny składu chemicznego.

Próbki (walce) do wstępnej oceny jednorodności pobiera się z dołu pręta pierwszego i trzeciego oraz z góry pręta drugiego i czwartego. Oceny wstępnej jednorodności dokonuje się techniką AES (iskra). Wióry wzorca ŁA5 pobiera się do oznaczenia składu techniką AES-ICP. Zakładając, że wyniki badań będą pozytywne, pobiera się 30% materiału do statystycznej oceny jednorodności. Powierzchnie czynne wybranych walców wzbudza się czterokrotnie w iskrze niskowoltowej rejestrując intensywności linii analitycznych oznaczanych pierwiastków. Wyniki pomiarów stanowią podstawę do obliczeń statystycznych z zastosowaniem testu Snedecor'a.

Kolejny etap to atestacja. Przeprowadza się ją w oparciu o wyniki analiz wykonanych w co najmniej trzech specjalistycznych laboratoriach chemicznych przy wykorzystaniu różnych technik analitycznych. W tym przypadku oznaczenia wszystkich składników wzorcowych wykonały cztery laboratoria specjalistyczne, średnie wyniki analiz stanowią skład chemiczny certyfikowanego materiału odniesienia.

Otrzymany certyfikowany materiał dla stopu na bazie cyny oznaczony jako ŁA5 zawiera wagowo: 0,070% Pb, 0,011% Cd, 0,53% Ni, 0,54% As, 0,099% Bi, 0,096% Fe, 0,020% Zn, 5,45% Cu i 13,58% Sb.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania materiałów odniesienia dla stopów na bazie cyny, polegający na wtapianiu do czystej cyny pierwiastków wchodzących w ich skład, znamienny tym, że na dno tygla pieca indukcyjnego tyglowego z tyglem szamotowo-grafitowym, wprowadza się rafinator a następnie ładuje się czystą Sn i roztapia się ją pod pokryciem węgla drzewnego, następnie do kąpieli metalowej o temperaturze około 500°C wprowadza się Cu w postaci stopu wstępnego CuSb55 a po roztopieniu stopu wstępnego dodaje się pozostałe składniki koniecznie w następującej kolejności: najpierw czysty Sb, potem Ni w postaci stopu wstępnego SnNi6, potem Fe w postaci stopu wstępnego SnFe2, a następnie Al w postaci stopu wstępnego SnAI0,5, po czym do kąpieli metalowej dodaje się czysty As, a po jego wtopieniu dodaje się czysty Zn, po wtopieniu Zn dodaje się czysty Pb, po wtopieniu Pb dodaje się czysty Bi, a na końcu wtapia się czysty Cd, następnie po wtopieniu wszystkich składników ciekły metal dokładnie miesza się, ściąga się z niego żużel, podgrzewa się go do temperatury 520 - 540°C i przelewa do zagrzanego tygla przelewowego, po czym odlewa się go do kokil żeliwnych, w postaci prętów o wymiarach około φ 40 mm x 350 mm i wolno studzi na powietrzu, a tak otrzymane prę ty tnie się na walce o wysokości około 25 mm i poddaje się je wstępnym badaniom jednorodności wszystkich wtopionych składników, sprawdzeniu zgodności składu chemicznego z zaplanowanym, statystycznej ocenie jednorodności oraz atestacji.