Химический состав металлов больше не секрет!

Проведения контроля химического состава металлов и сплавов дает возможность прогнозирования свойств изделий из них. Это один из важнейших этапов в методике комплексной проверки качества металла.

Методы химического анализа металлов

Химический состав металлов исследуют разными способами. Чаще всего встречается метод «мокрой химии» и инструментальные методы.

Первый способ подразумевает предварительное растворение пробы, после чего выделяются нужные компоненты. Для этого может быть использовано осаждение, электрохимическое разделение и т.д. В результате становится ясным поэлементный химический состав исследуемого вещества.

Преимуществами использования такого подхода называют высокую точность, а также возможность определить химический состав даже по образцам, представленным стружкой. Однако этот метод дорогой, требует высоких затрат времени, значительного количества материалов образца. Также предъявляются высокие требования к образованию и квалификации аналитика.

Инструментальные же методы не требуют значительных знаний, проведение такого анализа доступно человеку, который имеет первичные навыки работы с компьютером и прошел короткий инструктаж.

Оборудование для анализа химического состава металлов

Для проведения исследований металлов используют следующие приборы: стилоскопы и спектрометры, которые могут быть портативными рентгенофлуоресцентными, портативными лазерными или оптико-эмиссионными.

Стилоскопы

Стилоскоп – простейший спектральный прибор. При его использовании металл подвергается действию разряда и испаряется. Оператор наблюдает за свечением, которое при этом образуется. Яркость спектральных линий свидетельствует о том, какие элементы и в какой концентрации находятся в образовавшемся газе. Стилоскоп – недорогой прибор, однако для работы на нем необходимо иметь специальные навыки, получение которых может занять от нескольких месяцев до нескольких лет. Также недостатком такого типа оборудования является оценочный результат. То есть значительную роль играет субъективная оценка оператора. Это ограничивает возможность использования этих приборов в ряде технологических процессов, требующих точных данных о поэлементном составе вещества.

Портативные рентгенофлуоресцентные спектрометры

Портативные рентгенофлуоресцентные спектрометры довольно легки в обращении, при этом имеют незначительный вес. Эти два фактора обусловили их популярность в данном виде исследований. В народе прибор зачастую называют «пистолетом», так как имеется значительное внешнее сходство – наличие рукоятки, курка и «дула», в котором расположены детектор и рентгеновская трубка. Нажатие на курок инициирует начало генерации трубкой рентгеновского излучения. Атомы образца реагируют на него ответным характеристическим излучением, которое и фиксирует детектор.

Незначительный вес и компактность прибора дает возможность его использования и за пределами лабораторий. Подготовка материала минимальна – необходимо провести только его очистку от посторонних веществ, среди которых может оказаться грязь, ржавчина, окалина, краска.

Прибор неприхотлив, нет необходимости в проведении регулярных рекалибровок, а процесс обучения оператора занимает не больше нескольких часов.

Недостатком прибора является невозможность выявления примесей углерода, а также сложности с выделением таких веществ, как сера и фосфор.

Оптико-эмиссионные спектрометры

Оптико-эмиссионные спектрометры дают возможность проведения комплексного анализа и выделения всех основных легирующих элементов в материале, при этом достоверно выделяются углерод, сера, фосфор и др. Принцип работы этого оборудования имеет общие черты со стилоскопами, однако анализ спектральных линий проводится специальными детекторами.

Важным требованием является необходимость выделения искры в инертной среде, поэтому для работы прибора необходим аргон. Оборудование довольно громоздко. Имеются настольные и напольные модели, мобильные варианты требуют размещения на специальной тележке. Эти моменты ограничивают возможность использования прибора.

Достоинствами называют высокую надежность, простоту использования, сравнительно невысокую стоимость и требование самой простой подготовки материала. Эти факторы обусловливают значительную популярность использования данного метода в анализе химического состава металлов в большинстве современных лабораторий.

Портативные лазерные спектрометры

В настоящее время рынок наполнен портативными лазерными приборами. Форма и размер их напоминает портативные рентгенофлуоресцентные спектрометры, а метод работы приближен к оптико-эмиссионным приборам. В ходе анализа измеряется интенсивность спектральных линий оптического диапазона, появление которых инициируется воздействием лазера.

Использование такого типа приборов выгодно в том случае, когда проводится анализ значительных потоков, в которых сконцентрированы цветные сплавы (алюминий, магний, титан). Такой материал исследуется более быстро и точно, чем при применении портативного анализатора.

Необходимо отметить высокую прихотливость этого типа оборудования, эффективность их работы зависит от температуры, требуется регулярно проводить перекалибровку, периодическое обслуживание. Недостатком является значительная погрешность в выделении углерода.

Другие методы инструментального анализа

Анализ металлов проводится и с использованием иных приборов спектрального типа. Среди них следует назвать спектрометры атомно-абсорбционного типа, оптико-эмиссионного типа, фотоколориметры. Для их работы необходимо предварительно растворить металл, что становится значительным фактором неудобства применения. Однако в некоторых ситуациях использование таких приборов представляется приоритетным.