Процессы поступления материала электродов в зону разряда при спектральном анализе металлов и сплавов

С развитием спектрального анализа высоколегированных и многокомпонентных сплавов выяснилось, что анализ гетерогенных сплавов более сложен, чем анализ обычных сплавов на основе твердых растворов. Существенно влияет. на результаты анализа фазовый состав гетерогенных сплавов, где легирующие элементы выпадают из твердого раствора в виде карбидных и интерметаллидных фаз, эвтек-тик на границах зерен и в междендритных пространствах.

Как известно, высоколегированные сплавы обладают значительной неоднородностью по химическому составу, которая возникает в результате дендритной ликвации, особенно в случае ограниченных твердых растворов, когда кристаллизация протекает с образованием эвтектик и химических соединений. По мере понижения температуры расплава междендритные пространства обогащаются примесями, создавая, так называемую, междендритную сегрегацию.

Значительная микроструктурная неоднородность возникает при соответствующих режимах термической обработки, когда протекают сложные фазовые превращения в анализируемых сплавах. Известно также, что упрочнение высоколегированных жаропрочных сплавов осуществляется гетерогенизацией структуры путем создания сетки карбидов и интерметаллидов между осями дендритов и по границам зерен. Внутренняя часть зерна представляет собой наименее насыщенную легирующими элементами часть сплава, которая ранее всего кристаллизуется и обладает наиболее высокой температурой плавления. Границы зерен и междендритные пространства, наоборот, оказываются наиболее пересыщенными легирующими элементами, и здесь происходит выделение карбидных и интерметаллидных фаз и эвтектик.

Присутствие «третьих» элементов в сплаве может привести к заметным структурным превращениям и перераспределению элементов по фазам. Поэтому выбранные термины «влияние структуры» и «влияние третьих элементов» нельзя считать заведомо различными и не связанными между собой. Эти влияния вызываются микроструктурными превращениями, протекающими в сплавах, независимо от того, произошло ли изменение вследствие технологии отливки, термической обработки, или в результате присутствия «третьих» элементов.

Горофильные (очень активные) элементы, снижающие избыточную энергию переходной межкристаллитной зоны, концентрируясь в ней, создают микроструктурную неоднородность металлов. Такой процесс возникновения химической микроструктурной неоднородности назван академиком В. И. Архаровым межкристаллитной внутренней адсорбцией /1−3/. В результате плавки одной и той же марки металла или сплава, в силу случайных обстоятельств, могут содержать неодинаковое количество неконтролируемых горофильных примесей, которые способствуют перераспределению элементов по фазам и проявлению влияния крайне малых добавок на результаты спектрального анализа вследствие селективной эрозии межкристаллитных зон электрическими разрядами. Здесь имеет место несколько более тонкое проявление влияния «третьих» элементов, роль которых выполняют очень малые содержания горофильных элементов, концентрирующихся в межкристаллитных зонах и, оказывающих существенное влияние на перераспределение элементов по фазам, и результаты спектрального анализа металлов.

Состав продуктов эрозии и интенсивности спектральных линий атомов зависят не только от содержания элемента в металлах и сплавах, но и от их микроструктуры, фазового состава и ряда физико-химических процессов, протекающих на электродах и в зоне разряда. Степень изученности этих процессов различна, особенно ограничено понимание процессов, протекающих на электродах.

Академик Г. С. Ландсберг в 1941 году писал: «Нам недостаточно ноны детали процессов, которые ведут от электрода к облаку, и .это является в большинстве случаев главным источником практических затруднений» /V* Несмотря на то, что с тех пор прошло несколько десятков лет, рассматриваемая проблема до наших дней сохранила свою актуальность.

Так, С. Л. Мандельштам на Всесоюзных конференциях по спектроскопии также отмечал, что процессы на электродах имеют большое практическое значение и изучение их необходимо проводить с привлечением других методов исследования для получения новых в научном отношении результатов / 5, б /.

Безусловно, изучить только спектроскопическим методом весь комплекс сложных физико-химических процессов, протекающих на электродах, невозможно, так как изучаемая проблема находится на стыке нескольких специальностей.

Изучению сложных закономерностей, устанавливающих зависимость интенсивности спектральных линий от структуры и химического состава пробы, посвящено немало исследовательских работ. В большей части выполненных работ влияние структуры оценивается по спектроскопическим характеристикам без изучения микроструктурных изменений, происходящих под действием электрических разрядов в процессе обыскривания.

Как известно, метод эмиссионного спектрального анализа основан на том, что при воздействии электрического разряда на электроды устанавливается простая пропорциональная зависимость между содержаниями атомов в газовой фазе и в пробе:

N / С п IVх С" ' где Ь — содержание определяемого элемента в пробеN — содержание его атомов в зоне разрядаСо — содержание элемента основы в пробе;

N0 — содержание его атомов в зоне разрядаск> - коэффициент пропорциональности.

Такой режим поступления вещества пробы был назван В. К. Прокофьевым регулярным / 7, стр. 30 /.

В том случае, когда этот режим не соответствует режиму поступления компонентов стандартных образцов, проявляются на практике различного рода влияния (структуры, «третьих» элементов, массы и формы пробы и др.) на результаты спектрального анализа. Поэтому необходимость в изучении факторов, нарушающих режим регулярного поступления компонентов пробы в зону разряда, не вызывает сомнений.

В опубликованных работах А. Р. Стригановым, Ю. М. Буравлевым, А. Б. Шаевичем было высказано предположение, что механизм влияния структуры определяется прочностью кристаллической решетки сплавов, энергия связи является наиболее общей характеристикой для процессов отделения атомов от матрицы в источниках света для возбуждения спектров. Это важное предположение, имеющее реальную основу, целесообразно подтвердить экспериментально. С этих позиций можно было бы объяснить многие явления, наблюдаемые на электродах при спектральном эмиссионном анализе металлов и сплавов. Поэтому изучение зависимости электрической эрозии металлов и сплавов от прочности межатомной связи имеет важное теоретическое и практическое значение.

В настоящее время, когда широко используются в практике высоколегированные гетерогенные сплавы, возникает настоятельная необходимость в разработке новых методов анализа и в поиске эффективных путей повышения ег. о точности, а также дальнейшего изучения природы эффекта обыскривания, влияния фазового состава и микроструктуры гетерогенных сплавов на селективный переход компонентов в облако разряда и результаты спектрального анализа.

Поэтому исследования в этом направлении имеют важное значение для дальнейшего развития теории физико-химических процессов, протекающих на электродах при эмиссионном спектральном анализе металлов и сплавов, поскольку с этим связано, как дальнейшее совершенствование этих методов, так и расширение сферы их применения.

Титан и его сплавы, обладая ценными качествами, в последнее время получили широкое применение во многих областях новой техники. При этом возникла необходимость в разработке новых способов количественного эмиссионного спектрального анализа и внедрении их в производство. До настоящего времени спектральный анализ металлического титана осуществляли путем переведения пробы в двуокись титана с последующим возбуждением спектра дуговым разрядом постоянного тока. Существующий способ анализа был трудоемким и не обладал экспрессностью. Кроме того, пределы обнаружения и точность анализа не отвечали возросшим требованиям развивающегося производства. Поэтому разработка эффективных способов спектрального анализа металлического титана стала настоятельной необходимостью для новой развивающейся отрасли народного хозяйстваметаллургии титана.

В соответствии с приказом министра цветной металлургии СССР № 458 от 9.10.79г. Институтом титана ведутся работы по созданию и освоению в СССР промышленного производства порошков титана и спеченных изделий из них, легированных тугоплавкими соединениями. В 1981;1985 годах работы лроводятся по заданиям 02.11 и 06.02 целевой комплексной научно-технической программы О.Ц.ОП: «Создание и освоение в промышленных условиях высокопроизводительных технологических процессов и оборудования для производства металлических порошков, волокон, порошков — сплавов, тугоплавких соединений и на их основе — новых материалов, покрытий и изделий» .

В связи с выполнением работ по программе возникла необходимость в разработке новых способов анализа немонолитных проб металлического титана с низким содержанием примесных элементов.

Цель и задачи работы. Настоящая работа посвящена систематическому изучению процессов поступления материала электродов в зону разряда, установлению их закономерностей и разработке методов эмиссионного спектрального анализа металлов и гетерогенных сплавов на основе титана, магния, меди, никеля, кобальта и железа. Б работе было намечено изучить факторы (дендритное электрическое травление сплавов, селективную электрическую эрозию микроструктурных составляющих в металлах и гетерогенных сплавах, фракционную дистилляцию элементов из металлического титана), нарушающие регулярный переход компонентов пробы в облако разряда в источниках возбуждения спектров. В связи с этим предполагалось исследовать зависимость электрической эрозии металлов и структурных составляющих сплавов от прочности межатомной связиоценить влияние различных условий проведения анализа (времени обыскривания, плотности тока, параметров колебательного контура, материала и формы противо-электрода) на интенсивность линий в спектреразработать способы, обеспечивающие подавление влияния фазового состава и микроструктуры на результаты спектрального анализа гетерогенных сплавов.

На основании установленных закономерностей ставилась цель разработать методы эмиссионного спектрального анализа металлов и гетерогенных сплавов на основе титана, магния, меди, никеля, кобальта и железа.

Научная новизна работы. — Установлены дендритное электрическое травление медных сплавов в источниках возбуждения спектров I/ и зависимость интенсивности спектральных линий от дендритной ликвации сплавов, возникающей при их кристаллизации.

— Систематическими исследованиями установлена зависимость состава облака разряда и интенсивности линий в спектре от селективной электрической эрозии микроструктурных составляющих в металлах и гетерогенных сплавах,.

— Установлена корреляция электрической эрозии переходных металлов и структурных составляющих сплавов с прочностью межатом-, ной связи. Выявлена периодическая закономерность расположения переходных металлов по эрозионным свойствам.

— Предложены уравнения, выражающие зависимость скорости электрической эрозии и глубины зоны обыскривания от плотности тока высоковольтного искрового разряда, позволяющие оценить оптимальную форму противоэлектрода, обеспечивающего снижение селективной эрозии микроструктурных составляющих и подавление влияния фазового состава и микроструктуры гетерогенных сплавов на результаты спектрального анализа.

— Получены новые данные, расширяющие представления о природе эффекта обыскривания и влияния фазового состава и микроструктуры гетерогенных сплавов на селективный переход компонентов в облако разряда и результаты анализа гетерогенных сплавов, Сущность их заключается в зависимости состава газовой фазы и интенсивности линий в спектре от селективной электрической эрозии микроструктурных составляющих, протекающей с преимущественной эрозией границ зерен, междендритных пространств, карбидных и интерметаллид-ных фаз, эвтектик и металлических сегрегаций.

— Изучены закономерности фракционной дистилляции компонентов из металлического титана в зону разряда дуги переменного тока от снижения теплоотвода, уменьшения массы пробы и с развитием термических процессов на электродах при анализе титана. Предложен способ анализа для снижения пределов обнаружения примесей в металлическом титане высокой чистоты.

Исходя из изложенного, в диссертации развивается перспективное научное направление:

— Влияние фазового состава и структурных особенностей металлов и сплавов на интенсивность их эмиссионных спектров в зависимости от дендритного электрического травления и селективной эрозии микроструктурных составляющих при воздействии разряда. Разработка теоретических основ поступления материала электродов в зону разряда. с.

С целью изучения закономерностей селективного поступления компонентов пробы в зону разряда и установления природы эффекта обыскривания гетерогенных сплавов был привлечен наглядный и эффективный для этих целей металлографический метод исследования зоны обыскривания (обжига) с наклонным срезом.

Для исследования химического состава структурных составляющих в металлах и сплавах были использованы микрорентгеноспектраль-ный и лазерный микроспектральный методы анализа.

Физико-химический анализ и металлофизические исследования позволили установить корреляции между электрической эрозией и физико-химическими константами металлов и сплавов.

По результатам прямого взвешивания образцов на аналитических микровесах расчитывалась скорость электрической эрозии переходных металлов и оценивалась зависимость ее от физико-химических констант и локализации валентных электронов в стабильные о15- конфигурации / 8−14 / (от прочности межатомной связи). По вычисленным характеристическим температурам и среднеквадратичным отклонениям атомов из положения равновесия судили о прочности межатомной связи в бинарных сплавах и зависимости эрозии и интенсивности спектральных линий от прочности этой связи.

Выполнены исследования влияния фазового состава и микроструктуры на результаты спектрального анализа производственных гетерогенных сплавов иа магниевой, титановой, медной, никелевой, кобальтовой и железной основах. Установлено, что основной причиной структурных влияний является селективная электрическая эрозия структурных составляющих сплавов, протекающая с преимущественной эрозией границ зерен, междендритных пространств, карбидных и интерметаллидных фаз, эвтектик и металлических сегрегаций.

Исследованы закономерности процесса обыскривания гетерогенных сплавов в атмосферах воздуха и аргона. Установлена зависимость интенсивности спектральных линий от селективной электрической эрозии структурных составляющих сплавов и прочности межатомной связи. В начале процесса обыскривания преимущественно разрушаются границы зерен, междендритные пространства, карбидные и интерметаллидные фазы, эвтектики и металлические сегрегациизатем стабилизируются микроструктура поверхностных слоев электродов, состав продуктов электрической эрозии, температура в зоне разряда и интенсивность линий в спектре.

Установлены закономерности селективного поступления компонентов металлического титана в плазму дуги переменного тока и разработан способ снижения пределов обнаружения примесных элементов в титане высокой чистоты.

Автор выносит на защиту:

1. Новые данные, расширяющие представления о природе процесса обыскривания и влияния фазового состава и микроструктуры гетерогенных сплавов на селективный переход компонентов в облако резне*. ' ряда и/результаты спектрального анализа гетерогенных сплавов, как зависимости состава газовой фазы и интенсивности линий в спектре от селективной электрической эрозии микроструктурных составляющих, протекающей с преимущественной эрозией границ зерен, междендритных пространств, карбидных и интерметаллидных фаз, эвтектик и металлических сегрегаций.

2. Установленные дендритнюе электрическое травление медных сплавов в источниках возбуждения спектров и зависимость интенсивности спектральных линий от дендритной ликвации сплавов, возникающей при их кристаллизации.

3. Результаты систематических экспериментальных и теоретических исследований зависимости состава облака разряда и интенсивности линий в спектре от селективной электрической эрозии микроструктурных составляющих металлов и гетерогенных сплавов.

4. Установленную корреляцию электрической эрозии переходных металлов, микроструктурных составляющих сплавов с прочностью межатомной связи. Выявленную периодическую закономерность расположения переходных металлов по эрозионным свойствам.

5. Предложенные уравнения, выражающие зависимость скорости электрической эрозии и глубины зоны обыскривания от плотности тока высоковольтного искрового разряда, позволяющие оценить оптимальную форму противоэлектрода, обеспечивающего снижение селективной эрозии микроструктурных составляющих и подавление влияния фазового состава и микроструктуры гетерогенных сплавов на результа-спектрального анализа.

6. Установленные закономерности фракционной дистилляции компонентов из металлического титана в зону разряда дуги переменного тока при снижении теплоотвода, уменьшении массы пробы и с развитием термических процессов на электродах. Способ практического использования этого эффекта для снижения пределов обнаружения железа, кремния, никеля, олова, алюминия, меди, хрома, марганца в металлическом титане высокой чистоты.

7. Разработанные новые методы количественного спектрального анализа металлов и гетерогенных сплавов на основе титана, магния, меди, никеля, кобальта и железа.

Для решения поставленных задач были выбраны следующие объекты исследования: первой группой объектов исследования служили чистые переходные металлы, второй — бинарные сплавы «71 — М ,.

ПГе, Ъ — А1, Мд-2п, Мд-А1 и третьей — промышленные многокомпонентные гетерогенные сплавы на титановой, магниевой, никелевой, медной, кобальтовой и железной основах.

Материал диссертации представлен в шести главах,.

В первой главе дан анализ существующего состояния изучаемой проблемы и обсуждены задачи диссертационной работы.

Во второй главе изложены. результаты изучения корреляции между электрической эрозией переходных металлов и электронным строением атомов и физико-химическими константами.

В третьей главе содержится материал физико-химического анализа — изучение соотношений между составом и эрозионными свойствами бинарных сплавов.

Четвертая глава посвящена изложению результатов изучения закономерностей поступления и возбуждения вещества в зоне разряда при анализе металлов и высоколегированных гетерогенных сплавов. Описаны разработанные способы количественного эмиссионного спектрального анализа гетерогенных сплавов на основе: магния, меди, никеля, кобальта и железа.

Результаты исследования процесса обыскривания при анализе гетерогенных сплавов описаны в пятой главе.

В шестой главе изложены результаты изучения роли термических процессов в нерегулярном поступлении материала пробы в зону разряда и описаны способы анализа металлического титана и его сплавов.

Практическое применение результатов исследования и разработанные методы приведены в приложении.

Приложены акты внедрения разработанных методов анализа с общим годовым экономическим эффектом 750 тыс. руб.

ВЫВОДЫ.

В результате проведенных исследований было установлено, что при изменении массы и формы пробы в процессе обжига нарушается регулярное поступление составляющих металлического титана в зону разрядадуги переменного тока. Интенсивность линий легкокипящих с гъь.

Рис. 6.12. Кривые дегазации аналитической навески титанового порошка в анодном режиме дуги постоянного тока:

1 — первая дегазация;

2 — повторная дегазация. относительно титана) элементов в начале обжига образцов с ограниченным теплоотводом и малой массы сильно повышается по сравнению с интенсивностью линий титана, и после достижения максимума начинает понижаться. В то же время интенсивности линий труднокипятцих элементов повышаются медленно. Сильное повышение интеясивностей линий легкокипящих элементов связано с нагреванием материала образца с ограниченным теплоотводом до температуры кипения. При этом происходит фракционная дистилляция компонентов с относительно большого объема пробы.

В образце большой массы металл при обжиге не достигает температуры кипения (за исключением поверхностных слоев), и не происходит практически заметной фракционной дистилляции компонентов пробы. В этом случае наблюдается более регулярное поступление составляющих пробы в зону разряда, чем из образца с ограниченным’теплоотводом.

Установленные закономерности нерегулярного поступления компонентов металлического титана в зону дуги переменного тока в зависимости от теплоотвода, массы и термических процессов, протекающих на электродах, практически использованы для разработки метода.

— Ч анализа титана высокой чистоты (I. 10 масс %) в монолитном и немонолитном состоянии на содержание железа, кремния, никеля, алюминия, марганца, хрома, олова, меди и ванадия.

Термические процессы на аноде дуги постоянного тока были использованы для дегазации аналитических навесок титана и его сплавов при определении кислорода и водорода в монолитных и немонолитных пробах. Для извлечения кислорода из титана и предотвращения поглощения экстрагированного кислорода расплавленным титаном, титан связывали с углеродом в карбид титана и с никелем в интер-металлидные соединения по эвтектической реакции. Реакция восстановления титана протекала в никелевой ванне при силе тока 33 А в угольном электроде «рюмочной» формы с ограниченным теплоотводом. В этих условиях достигали практически полную экстракцию кислорода углеродом из расплавленного титана в камерное пространство в виде СО.

Из сплавов титана, легированных алюминием, ванадием и цирконием, экстракция кислорода несколько затруднена по сравнению с металлическим титаном. Это связано с тем, что теплота образования окислов указанных легирующих элементов значительно выше, чем окислов титана. Поэтому для полного восстановления легированного титана необходимо повысить время экстракции кислорода для дополнительного подвода тепловой энергии для восстановления легирующих элементов.

Исследованный способ позволил разработать метод определения кислорода в монолитном и немонолитном титане и его сплавах в диапазоне содержаний 0,02−0,50 масс % с относительным стандартным отклонением 0,10−0,15.

На том же принципе полной дегазации аналитической навески в дуге постоянного тока, был разработки метод спектрального определения водорода в титане и его сплавах, а также в гидрированном и дегидрированном титане в монолитном и немонолитном состоянии, который позволяет определять водород в диапазоне содержаний 0,003−3,50 масс с относительным стандартным отклонением 0,20−0,05.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Настоящая работа посвящена систематическому изучению процессов поступления матариала электродов в зону разряда, установлению их закономерностей и разработке методов эмиссионного спектрального анализа металлов и гетерогенных сплавов на основе титана, магния, •меди, никеля, кобальта и железа.

Б диссертации развивается перспективное научное направление:

Влияние фазового состава и структурных особенностей металлов и сплавов на интенсивность их эмиссионных спектров в зависимости от дендритного электрического травления и селективной эрозии микроструктурных составляющих при воздействии разряда. Разработка теоретических основ процессов поступления материала элктродов в зону разряда.

При этом были получены следующие результаты:

1. Систематическими исследованиями (спектральнымэмиссионным, лазерным микроспектральным, рентгеноспектральным методами) установлена зависимость состава облака разряда и интенсивностеД линий в спектре от селективной электрической эрозии микроструктурных составляющих в металлах (магнии, титане) и гетерогенных сплавах (на основе железа, никеля, меди, кобальта). Металлографическими исследованиями зоны обыскривания установлено интеркристал-литное разрушение сплавов с преимущественным выходом материала пробы в начале обыскривания из пограничных зон зерна, междендритных пространств, металлических сегрегации, карбидных и интермета ллидных фаз.

2. Установлены дендритное электрическое травление медных сплавов и зависимость интенсивности спектральных линий от дендритной ликвации сплавов. В начале процесса обыскривания электрические разряды преимущественно разрушают границы зерен, междендритные пространства. При этом зона разряда обогащается легирующими элементами, выпавшими из твердого раствора вследствие дендритной ликвации. В процессе дальнейшего обыскривания подвергаются эрозии и центральные оси дендритов, и состав продуктов эрозии приходит в соответствие со среднимсоставом сплава.

3. Установлена корреляция электрической эрозии переходных металлов и микроструктурных составляющих сплавов с прочностью межатомной связи. Основной причиной селективной эрозии микроструктурных составляющих является межатомная прочность связи в кристаллической решетке, а также их твердость и хрупкость. Экспериментально установлено, что преимущественное разрушение карбидов и интер-металлидов не связано с более частым контактом канала искры со структурными составляющими.

4. Выявлена периодическая закономерность расположения переходных металлов по эрозионным свойствам. Минимальную скорость электрической эрозии имеют переходные. металлы, расположенные в центральной части периодов, обладающие высоким статистическим весом стабильных.:с15 — конфигкраций и, следовательно, высокой прочностью межатомной связи.

По величине скорости электрической эрозии в искровом и дуговом разрядах в атмосфере аргона переходные металлы располагаются: ¦ Т| > V > Сг < Ре < Со .< N1. < Си<7п (в 4 периоде) — МЬ ^ .Мо<.Ад < Сс1 (в 5 периоде);

Та > ЛА/ < (в б периоде).

5. На основании проведенного физико-химического анализа установлена зависимость между составом и эрозионными свойствами бинарныхРе-, Т — N1-, Т — А1-, Мд-Еп-, МдА1 — сплавов, соответствующих по химическому' составу фигуративным точкам на диаграммах плавкости. Состав продуктов эрозии и температура в зоне разряда определяются составом и прочностью межатомной связи в кристаллической решетке структруных составляющих сплавов. Сплавы, повышенной твердости и хрупкости, подвергаются высокой эрозии в искровом разряде. Продукты эрозии имеют признаки хрупкого разрушения (острые грани), подтверждающие электромеханическую природу искровой эрозии. Механизм эрозии в дуге переменного тока имеет электротремический характер.

6. Установлено, что с локализацией зоны обыскривания селективная эрозия микроструктурных составляющих (сплавов на основе железа, никеля, кобальта) уменьшается, так как происходит более эффективное разрушение пробы по глубине й объему. Предложен способ снижения селективной эрозии и подавления влияния фазового состава и микроструктуры на результаты спектрального анализа при использовании: а) специального конического медного противоэлектрода (сферическая вершина конуса радиусом кривизны 1−3 мм) — б) жесткого высоковольтного искрового разряда (без самоиндукции) — в) длительного предварительного обыскривания (120−180 с).

7. Предложены уравнения, устанавливающие зависимость скорости электрической эрозии и глубины зоны обыскривания от плотности тока высоковольтного искрового разряда. С уменьшением радиуса кривизны вершины конуса медного противоэлектрода площадь зоны обыскривания уменьшается, а плотность тока повышается. При этом скорость электрической эрозии и глубина зоны обыскривания возрастают, и происходит более эффективное разрушение пробы по объему, снижается селективная электрическая эрозия структурных составляю-. щих и подавляются влияния фазового состава и микроструктуры на результаты анализа.

8. Получены новые данные, расширяющие представления о природе эффекта обыскривания и влияния фазового состава и микроструктуры на селективный переход компонентов в облако разряда и результаты спектрального анализа гетерогенных сплавов. Сущность их заключается в том, что состав газовой фазы и интенсивности спектральных линий зависят от селективной’электрической эрозии микроструктурных составляющих, протекающей с преимущественной эрозией границ зерен, междендритных пространств, карбидных и интерметаллид-ных фаз, эвтектик и металлических сегрегаций.

9. Установлена зависимость интенсивностейлиний в спектре в атмосфере аргона от селективной эрозии структурных составляющих гетерогенных сплавов. В отсутствие окислительных реакций в атмосфере аргона эффект обыскривания и влияние структуры не исчезают, а, наоборот, проявляются более заметным образом, так как площадь пятна обыскривания, обрабатываемая искровым разрядом селективно, в два раза больше, чем в воздухе.

10. Установлена зависимость температуры в зоне разряда от изменения количества продуктов эрозии в начале обыскривания (обжига). После некоторого времени предварительного обыскривания (обжига) наступает состояние равновесия скорости поступления материала электродов, температуры в плазме разряда и, как следствие, стабилизируются интенсивности спектральных линий. Стабилизация температуры и интенсивностей спектральных линий практически совпадает с моментом стабилизации скорости поступления вещества электродов. Это говорит о том, что указанные процессы имеют тесную связь и являются определяющими в сложном процессе обыскривания (обжига).

Таким образом, процесс стабилизации количественного и качественного состава продуктов эрозии в зоне разряда и установление температурного равновесия в плазме разряда проявляется на практике как эффект обыскривания (обжига).

11. Изучены закономерности фракционной дистилляции компонентов из металлического титана в зону разряда дуги переменного тока от снижения теплоотвода, уменьшения массы пробы и с развитием термических процессов на электродах при анализе титана. Установленные особенности анализа титана использованы для снижения пределов обнаружения железа, кремния, никеля, алюминия, олова, меди, марганца, хрома в титане высокой чистоты с пределом обнаружения.

— 4.

5. 10 — I. 10 масс %. 1.

12. На основании выполненных исследований разработано 17 новых методов эмиссионного спектрального анализа металлов и гетерогенных сплавов на основе титана, магния, меди, никеля, кобальта и железа, отличающихся от ранее известных отсутствием влияния фазового состава и микроструктуры на результаты спектрального анализа, обеспечивающих снижение погрешности анализа высоколегированных и жаропрочных сплавов в два раза, снижение пределов обнаружения примесных элементов в металлическом титане и магнии на 1−2 порядка величины.

Полезность разработанных методов анализа подтверждена актами о внедрении на предприятиях страны с общим экономическим эффектом 750 тыс. рублей в год.

С целью внедрения в производство разработанных методов анализа были разработаны и выпущены Государственные стандартные образцы для спектрального анализа: а) металлического титана на содержание железа, кремния, никеля, марганца, меди, хрома, алюминия, ванадия, олова, циркония, молибденаб) первичного магния на содержание железа, кремния, никеля, марганца, меди, алюминия, титанав) магниевых сплавов марок МА8Ц, МА8ЦБч, МА8Цч на содержание алюминия, цинка, железа, кремния, марганца, никеля, меди, титанаг) протекторных магниевых сплавов марок МП1, МП2, МЛ4 на содержание алюминия, цинка, железа, марганца, никеля, меди и титана.

Результаты выполненных исследований использованы в ГОСТах: а) «Титан губчатый. Спектральный метод определения содержания железа, кремния, никеля» — б) «Магний первичный. Спектральный метод определения содержания железа, кремния, никеля, алюминия, меди, марганца» .

Дальнейшие перспективы.

Наиболее актуальными задачами дальнейших исследований и использования полученных результатов представляются:

— изучение специфики протекания селектиной электрической эрозии и применения разработанных способов подавления влияний фазового состава при анализе других гетерогенных сплавов;

— изучение новых возможностей использования эффекта селективной электрической эрозии для спектрального определения химического состава микроструктурных составляющих и сегрегации в металлах и сплавах;

— исследование возможности применения электрического травления для выявления структуры металлов и сплавов;

— полученные в работе результаты могут быть использованы в специальных университетских курсах по спектральному анализу;

— разработанные методы эмиссионного спектрального анализа чистых металлов и гетерогенных сплавов рекомендуются использовать при расширении действующих и строительстве новых заводов, производящих губчатый и порошковый титан;

— разработанные методы и стандартные образцы целесообразно использовать на предприятиях, потребляющих титан и магний.