Розглянуто процес неруйнівного електрохімічного визначення вмісту вуглецю в конструкційних сталях, заснований на інтеркаляції літію в углеродсодержащие фази, і запропоновано аналітичне застосування і практичне використання методу. Іл. 2. Табл. 3. Бібліогр. 4 назв.

Анотація наукової статті з хімічних технологій, автор наукової роботи - Ліпкин М. С., Кучеренко С. В., Липкина Т. В., Пожидаєва С. А., Шишка В. Г.


Analysis of carbonaceous alloys. Variants of techniques

Process of non-destructive electrochemical definition of carbon content in the constructional steels, based on intercalation lithium in carbonaceous phases is considered, and analytical application and practical use of a method is offered.


Область наук:
  • хімічні технології
  • Рік видавництва: 2008
    Журнал: Известия вищих навчальних закладів. Північно-Кавказький регіон. Природні науки

    Наукова стаття на тему 'Аналіз железоуглеродних сплавів. Варіанти методик '

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз железоуглеродних сплавів. Варіанти методик »

    ?ся логарифмічна залежність між потенціалом і струмом [5].

    Зняттям вольтамперних кривих вивчено вплив підвищеної температури на електроокислення діоксиду сірки при різних тисках. Отримані дані представлені на рис.3.

    Рис 3. Вольтамперні криві окиснення SO2 в 2,0 М розчині Н ^ 04 при 40 ° С і тисках, МПа: 1 - 0,0; 2 - 0,07; 3 - 0,15; 4 - 0,31 Як видно, швидкість реакції електроокислення SO2 при температурі 40 ° С, виражена ви-

    Дагестанський державний унивеситет

    сотої піку струму, з підвищенням тиску збільшується, причому її збільшення відбувається помітно швидше, ніж при 25 ° С. Очевидно, це пояснюється спочатку малої концентрацією SO2 в розчині в порівнянні з концентрацією при 25 ° С і її ростом при підвищенні тиску. Підвищення тиску від 0,0 до 0,31 МПа дозволяє збільшити швидкість реакції в 2,5 рази. На відміну від кривих при 25 ° С, при 40 ° С спостерігається помітне зниження поляризації в області електрохімічного перенапруги.

    Таким чином, підвищення тиску газоподібних речовин при здійсненні електрохімічних процесів з їх участю призводить до підвищення швидкості процесу, що пов'язано зі збільшенням їх розчинності і відповідно зниженням дифузійних обмежень.

    література

    1. Lawin PhillupB. , Rogers BrianD. , Toomey JosephE.// Spec. Chem.- 1990.-V.10.-P.442.

    2. Позін M. E. Технологія мінеральних солей. - Л .: Хімія, 1970.- Т. 1.- 792 с.

    3. Борисова E. А., Трусов Г. Н., Ширяєв В.К. // Електрохімія.- 1979.- Т.15.- С.55.

    4. Brunoro G., Gilli G., Nagliati R. // Surface Technology.- 1984.- V. 21.- P. 125.

    5. Алієв 3. M. Електроліз за участю газоподібних речовин під тиском: теоретичні основи і пріоритетні технологічні рекомендації: дис. ... д-ра техн. наук. - Новочеркаськ. 2001.- 253 с.

    5 червня 2008 р.

    УДК 669.141

    АНАЛІЗ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДНИХ СПЛАВОВ. ВАРІАНТИ МЕТОДИК Реєстрація © 2008 р М.С. Ліпкин, C.B. Кучеренко, Т.В. Липкина, С.А. Пожидаєва, В.Г. шишка

    Process of non-destructive electrochemical definition of caibon content in the constructional steels, based on intercalation lithium in carbonaceous phases is considered, and analytical application and practical use of a method is offered.

    Вступ

    В даний час одним із важливих завдань в металургії і машинобудуванні є визначення вмісту вуглецю в конструкційних сталях. На сьогоднішній день розроблено велику кількість різних способів і пристроїв для визначення наявності і концентрації вуглецю. Однак вони часто виявляються дорогими і засновані на руйнує методі аналізу, тому створення нового, неразрушающе-го методу визначення вуглецю в сталях залишається як і раніше актуальним.

    Основою запропонованого методу визначення вмісту вуглецю служить процес електрохімічної інтеркаляції літію в углеродсодержа-щие фази сталей [1]. Раніше було показано [2], що при катодного поляризації углеродсодержа-ного електрода в розчині солі літію в органічному апротонному розчиннику відбувається ін-теркаляція іона літію в кристалічну решітку вуглецю. Рівноважний потенціал продукту впровадження (інтеркалата) залежить від хімічної природи основи інтеркаляції, а кількість електрики, який пішов на процес, пропорційно молярному кількості відповідного

    з'єднання [3], що є основою аналітичного застосування процесів інтеркаляції.

    Мета цієї роботи - дослідження воль-тамперометріческого і імпульсного гальваностатичного методів визначення вмісту вуглецю в железоуглеродних сплавах.

    Методика експерименту

    В якості електролітів використовували: безводний LiBF4 в ацетонітрилі (АН), LiBF4 в ацетоні, LiCl в ацетоні, LiCЮ4 в АН концентраціями 1 моль / л.

    Катодні поляризаційні криві отримували при швидкості розгортки потенціалу 1 мВ / с. Як електрод порівняння використовували хлор-срібний електрод, реалізований у відповідному електроліті, протівоелектродом служив стеклоуглеродний електрод. Вимірювання проводили на еталонних зразках вуглецевих сталей і чавунів Інституту стандартних зразків Центрального науково-дослідного інституту чорної металургії ім. І. П. Бардіна (табл. 1).

    Таблиця 1

    Основні характеристики використовуваного набору стандартних зразків стали і чавуну

    Марка Тип reo еодержаніе вуглецю,%

    Сталь У11 10 4150-93П 0,119

    Сталь У12 20 4362-92П 0,219

    Сталь У15 20 4464-91П 0,205

    Сталь УНЛ2 18ЮА 1377-93П 0,188

    Чавун Ч5г ЛР5 1148-91П 1,82

    Чавун Ч7в Л2 1378-88П 2,90

    Чавун Ч10а ПЛ2 4460-91П 3,21

    Зразки для поляризаційних вимірювань виготовляли пресуванням порошку досліджуваного зразка. Робочу площу отриманих зразків чавунів і сталей розраховували, підсумовуючи площі виділених ділянок металевих включень.

    Вимірювання імпульсним гальваностатичного методом [4] здійснювали за допомогою мікропроцесорного модуля, що забезпечує підтримку заданого режиму струму і реєстрацію значень потенціалу з частотою 41,67 Гц, в електролітах LiBF4 в АН і LiCЮ4 в АН конценраций 1 моль / л на стандартних зразках вуглецевих сталей, а також на зразках легованих сталей з вмістом вуглецю,%: 0,32, 0,43, 0,62, 0,96, 1 ​​і 1,66. Досліджуваний зразок стали включали в електрохімічний ланцюг в якості робочого електрода з датчиком притискної конструкції з хлорсеребряного електродом-порівняння і допоміжним електродом з углепластикового волокна. Зразок поляризували імпульсами катодного струму, параметрами якого є: струм осадження, час імпульсу осадження, ча-

    мя паузи осадження, кількість імпульсів осадження; фіксували потенціал через кожні 0,05 с.

    Виміряні значення потенціалу (по три на кожен зразок стали) сортували по 15 діапазонів, в результаті чого отримували функцію розподілу: Ж = А0 + ^ А1І1, де N. - кількість значень в г-му діапазоні. Розглядаючи кількість значень в кожному діапазоні як незалежну змінну, будували калібрувальну залежність.

    Результати та обговорення

    З метою з'ясування найбільш придатних для імпульсного гальваностатичного методу електролітних систем були зняті катодні поляризаційні криві досліджуваних стандартних зразків сталей і чавунів для кожного з розглянутих електролітів. На отриманих катодних поляризаційних кривих всіх електролітних систем спостерігалися граничні щільності струму в діапазоні потенціалів від -1 до -2 В. В цьому ж діапазоні при деякому потенціалі Е * для кожного електроліту простежувалося послідовне збільшення значення граничної щільності струму зі збільшенням вмісту вуглецю в даному зразку ( табл. 2).

    Таблиця 2

    Потенціали побудови калібрувальних залежностей і кутові коефіцієнти для різних електролітних систем

    Електроліт Потенціал Е *, В Кутовий коефіцієнт b

    LiBF4 в ацетоні -1,6 0,6836

    LiCl в ацетоні -1,2 0,9891

    LiClO4 в АН -1,9 0,9882

    LiBF4 в АН -1,9 0,9133

    На підставі цього для кількісної оцінки вмісту вуглецю в железоуглеродних сплавах були побудовані калібрувальні залежності: щільність струму-вміст вуглецю (рис. 1). Отримані залежності показують, що пропонований метод дозволяє визначати вміст вуглецю в широкому діапазоні складів, захоплюючому як низьковуглецеві сталі, так і чавуни. Нелінійність залежностей означає, що для підвищення точності необхідно дробити отримані залежності на ділянки, для кожного з яких отримувати свою калибровочную залежність, більш наближену до лінійної формі.

    Для загальної оцінки умов аналізу калібрувальні залежності були апроксимовані лінійною функцією виду

    Ж = а + Ь •) ,

    де Ж вміст вуглецю в зразку; у- щільність струму при виділеному потенціалі.

    j,

    Мал. 1. Калібрувальні залежності щільності струму від вмісту вуглецю в еталонних зразках вуглецевих сталей і чавунів для електролітів: 1 - LiBF4 в ацетоні; 2 - LiCl в ацетоні; 3 - LiCЮ4 в АН; 4 - LiBF4 в АН

    Е, В

    Мал. 2. Імпульсні гальваностатичного криві для електроліту LiBF4 в АН для зразків сталей з вмістом вуглецю,%: 1 - 0,119; 2 - 0,205; 3 - 0,32; 4 - 0,62; 5 - 1,0

    Кутовий коефіцієнт Ь (див. Табл. 2), що характеризує загальну чутливість методу, має найбільше значення для наступних електролітів: ИС104 в АН, LiBF4 в АН і ИС1 в ацетоні. Ці системи теоретично можуть бути рекомендовані для застосування в вимірах гальваностатичного імпульсним режимом.

    В результаті підбору оптимального режиму вимірювання імпульсним гальваностатичного методом, при якому отримані криві лежали в діапазоні від -1 до -3,5 В (див. Рис. 2), були отримані значення параметрів: струм осажденія- 0,14 мА, час імпульсу осадження - 1500 отн. од., час паузи осадження - 100 отн. од., кількість імпульсів осадження - 50.

    Обробка кривих дозволила отримати рівняння

    № = 1,111212-0,00001288А1-0,00273А2 + + 0,001118А3-0,00064А4 + 0,000775А5-- 0,00038А6 + 0,000586А7-0,0000805А8--0,00027А9-0,00036А10-0, 00094А11 + 0,00045А12-

    -0,00025А13-0,00002197А14 + 0, 0000262А15.

    Результати розрахунку за рівнянням наведені в табл. 3.

    Випробування виділених електролітних систем показало практичну непридатність застосування електролітної системи LiC1 в ацетоні зважаючи швидкої випаровуваності розчинника. Для електролітів LiC104 в АН і LiBF4 в АН вимірювання показали задовільні результати згоди істинних значень вмісту вуглецю до отримуваних середніми значеннями в ході аналізу. На підставі виявлених абсолютних похибок вимірювань можна рекомендувати

    використання електроліту LiCЮ4 в АН для визначення вмісту вуглецю в низьковуглецевих сталях (до 0,3%), а систему LiBF4 в АН-для сталей з вмістом вуглецю від 0,3 до 1,7%.

    3. Запропонований імпульсний гальваностатичного метод дозволяє визначати вміст вуглецю не тільки в сталях, але також, можливо, і в чавунах.

    Таблиця 3

    Результати вимірювань імпульсним гальваностатичного методом серії досліджуваних зразків стали

    Електроліт Зміст вуглецю в зразку,% Середнє значення вмісту вуглецю по вимірах в досвіді Абсолютна похибка вимірювань

    LiClO4 в АН 0,119 0,213224 0,09

    0,188 0,18362 0,004

    0,205 0,17375 0,03

    0,219 0,2611 0,04

    0,32 0,88301 0,56

    0,43 0,93706 0,5

    0,62 0,67582 0,06

    0,96 0,86237 0,09

    1 0,79697 0,2

    1,66 0,99518 0,7

    LiBF4 в АН 0,119 0,217023 0,09

    0,188 0,339742 0,15

    0,205 0,227065 0,02

    0,219 0,29774 0,08

    0,32 0,425468 0,1

    0,43 0,397635 0,03

    0,62 0,870357 0,25

    0,96 0,956673 0,003

    1 1,060766 0,06

    1,66 1,110869 0,5

    висновки

    В результаті проведеного дослідження отримано:

    1. Кутовий коефіцієнт Ь, обчислений на підставі поляризаційних кривих для всіх електролітних систем і характеризує загальну чутливість методу, дозволяє підібрати оптимальні електролітні системи для практичного використання методу для визначення концентрації вуглецю в конструкційних сталях- LiClO4 в АН і LiBF4 в АН.

    2. Електролітну систему LiCЮ4 в АН можна рекомендувати для визначення вмісту вуглецю в низьковуглецевих сталях (до 0,3%), а систему LiBF4 в АН-для аналізу сталей з вмістом вуглецю від 0,3 до 1,7%.

    література

    1. Липкин М. С., Жильцова С. В., Липкина Т. В., Пожидаєва С. А., Шишка В. Г. // Изв. вузів. Сівши. -Кавк. регіон. Техн. науки.- 2006.- № 2.- С. 95.

    2. Ліпкин М. С., Кучеренко С. В., Липкина Т. В., Кучеренко Н. В. // Вісник Всеросійського науково-дослідного і проектно-конст-рукторского інституту електровозостроенія.-2007.- Т. 1 (53 ) .- С. 138.

    3. Кедрінскій І. А., Дмитренко В. Є., Кухарів Ю. М., Грудянов І. І. Хімічні джерела струму з літієвим електродом.- Красноярськ: Вид.-во Краснояр. ун-ту, 1983.- 247 с.

    4. Пат. 2315990 РФ. Спосіб електрохімічної ідентифікації виду і кількісного вмісту оксидних, сульфідних і вуглецевих включень в металлокомпозіціонние системи / Ліпкин М. С., Шишка В. Г., Пожидаєва С. А., Липкина Т. В.- Опубл. 2008.

    Південно-Російський державний технічний університет

    (Новочеркаський політехнічний інститут) 5 червня 2008 р.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити