اختبار تركيب المعادن: 8 طرق مثبتة
هل تساءلت يوماً عن الأسرار المخبأة داخل الأسطح اللامعة للمعادن؟ في هذه المقالة الرائعة، نتعمق في هذه المقالة الرائعة في تعقيدات تحليل تركيب المعادن. يشرح مؤلفنا الخبير،...
هل تساءلت يومًا كيف يتم قياس محتوى الكربون في المعادن بدقة؟ تستكشف هذه المقالة طرقًا مختلفة، من الامتصاص بالأشعة تحت الحمراء إلى التحليل الكهروكيميائي، وتلقي الضوء على مبادئها وتطبيقاتها. في النهاية، ستفهم نقاط القوة والقصور في كل تقنية، مما يساعدك على تقدير العلم وراء مراقبة جودة المعادن.
غالبًا ما يتطلب تطوير واستخدام المعادن وموادها المركبة تحكمًا دقيقًا وتحديدًا دقيقًا لمحتواها من الكربون والكبريت. تؤثر هذه العناصر بشكل كبير على الخواص الميكانيكية والبنية المجهرية والأداء العام للمواد المعدنية.
يوجد الكربون في المواد المعدنية في أشكال مختلفة، بما في ذلك الكربون الحر (الجرافيت)، والكربون الخلالي ذو المحلول الصلب، والكربيدات، والكربون الغازي المذاب، وطبقات الكربنة السطحية، وطلاءات الكربون العضوية. يساهم كل شكل منها بشكل مختلف في خصائص المادة ويتطلب اعتبارات محددة أثناء التحليل.
تُستخدم حاليًا عدة طرق لتحليل محتوى الكربون في المعادن، بما في ذلك:
ومع ذلك، فإن كل طريقة قياس لها نطاق تطبيق محدود، ويمكن أن تتأثر نتائج القياس بشكل كبير بعوامل مختلفة. وتشمل هذه العوامل الشكل المحدد للكربون الموجود، وكفاءة إطلاق الكربون أثناء الأكسدة أو الإثارة، وتقنيات تحضير العينة، والقيمة الفارغة المتأصلة في الجهاز. وبالتالي، قد تسفر نفس الطريقة التحليلية عن مستويات مختلفة من الدقة والدقة في سيناريوهات مختلفة أو لتركيبات المواد المختلفة.
تقدم هذه المقالة نظرة عامة شاملة على طرق التحليل الحالية، وتقنيات تحضير العينات، والأجهزة، ومجالات تطبيق تحليل الكربون في المعادن. وتهدف هذه المقالة إلى توجيه علماء المواد وعلماء المعادن وأخصائيي المعادن ومراقبة الجودة في اختيار النهج التحليلي الأنسب لاحتياجاتهم الخاصة، مما يضمن تحديد محتوى الكربون بدقة عبر مجموعة واسعة من المواد المعدنية والتطبيقات الصناعية.
طريقة الامتصاص بالأشعة تحت الحمراء للاحتراق، التي تعتمد على طريقة الامتصاص بالأشعة تحت الحمراء، هي طريقة متخصصة للتحليل الكمي للكربون (والكبريت).
يتضمن مبدأ هذه الطريقة حرق العينة في تيار أكسجين لإنتاج ثاني أكسيد الكربون.
عند ضغط محدد، تتناسب الطاقة التي يمتصها ثاني أكسيد الكربون من الأشعة تحت الحمراء مع تركيزه.
ولذلك، يمكن حساب محتوى الكربون عن طريق قياس التغير في الطاقة قبل مرور غاز ثاني أكسيد الكربون عبر جهاز امتصاص الأشعة تحت الحمراء وبعده.
مبدأ الاحتراق بطريقة الامتصاص بالأشعة تحت الحمراء
في السنوات الأخيرة، تطورت تكنولوجيا تحليل الغازات بالأشعة تحت الحمراء بشكل سريع، مما أدى إلى ظهور العديد من الأدوات التحليلية السريعة القائمة على مبادئ التسخين الحثي عالي التردد والاحتراق وامتصاص طيف الأشعة تحت الحمراء.
عند تحديد محتوى الكربون والكبريت باستخدام طريقة الامتصاص بالأشعة تحت الحمراء للاحتراق عالي التردد بالأشعة تحت الحمراء، يجب مراعاة العوامل التالية بشكل عام: جفاف العينة، والحساسية الكهرومغناطيسية، والحجم الهندسي، وحجم العينة، ونوع التدفق، والنسبة، وترتيب الإضافة، ومقدار الإضافة، وإعدادات القيمة الفارغة، وما إلى ذلك.
تتميز هذه الطريقة بميزة توفير قياس كمي دقيق بأقل قدر من التداخل.
وهي مناسبة للمستخدمين الذين يركزون بشكل كبير على دقة محتوى الكربون ولديهم الوقت الكافي للاختبار أثناء الإنتاج.
عندما يتم تنشيط عنصر ما بالحرارة أو الكهرباء، فإنه ينتقل من حالته الأرضية إلى الحالة المثارة، ثم يعود تلقائيًا إلى الحالة الأرضية.
أثناء عملية العودة من الحالة المثارة إلى الحالة الأرضية، يطلق كل عنصر طيفه المميز، ويمكن تحديد محتواه بناءً على شدة هذا الطيف.
مبدأ مطياف الانبعاثات
في صناعة المعادن، حيث تكون متطلبات الإنتاج عالية، من الضروري إجراء تحليل سريع لمحتوى جميع العناصر الرئيسية في ماء الفرن، وليس فقط الكربون.
أصبحت مطيافات انبعاثات القراءة المباشرة الشرارة الخيار المفضل في هذه الصناعة نظرًا لقدرتها على توفير نتائج سريعة ومستقرة.
ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لها متطلبات محددة لتحضير العينة.
على سبيل المثال، عند تحليل عينات الحديد الزهر باستخدام التحليل الطيفي بالشرارة، من الضروري أن يكون الكربون الموجود على سطح العينة على شكل كربيدات، وخاليًا من الجرافيت، وإلا فقد تتأثر نتائج التحليل.
يستفيد بعض المستخدمين من التبريد السريع وخصائص التبييض للشرائح الرقيقة لتحديد محتوى الكربون في المسبوكات عن طريق التحليل الطيفي بالشرارة، بعد تحويل العينات إلى شرائح.
عند استخدام التحليل الطيفي بالشرارة لتحليل عينات أسلاك الفولاذ الكربوني، يجب معالجة العينات بدقة، ووضعها إما "مستقيمة" أو "مسطحة" على طاولة الشرارة لتحليلها باستخدام أداة تحليل العينات الصغيرة، وذلك لتحسين دقة التحليل.
يمكن لمحلل الأشعة السينية المشتتة الطول الموجي تحديد محتوى عناصر متعددة بسرعة وفي نفس الوقت.
مبدأ مطياف التشتت الطيفي للأشعة السينية المشتتة الطول الموجي
يستخدم مطياف مضان الأشعة السينية المشتت الطول الموجي للأشعة السينية (WDXRF) الإثارة بالأشعة السينية لإحداث انتقال في مستوى الطاقة للإلكترونات الداخلية لذرات العنصر وانبعاث أشعة سينية ثانوية، وهو ما يعرف أيضًا باسم مضان الأشعة السينية.
يقوم المطياف بتقسيم الضوء باستخدام بلورة، ويكشف الكاشف عن إشارة الأشعة السينية المميزة المشتتة.
من خلال المزامنة والتغيير المستمر لزاوية حيود البلورة الطيفية ووحدة التحكم، يمكن الحصول على الطول الموجي المميز للأشعة السينية وشدة كل طول موجي للأشعة السينية الناتجة عن العناصر المختلفة في العينة للتحليل النوعي والكمي.
استُخدمت تقنية WDXRF، التي أُنتجت لأول مرة في الخمسينيات من القرن الماضي، على نطاق واسع في قسم الجيولوجيا نظرًا لقدرتها على تحديد مكونات متعددة في وقت واحد في الأنظمة المعقدة، مما يؤدي إلى تحسين سرعة التحليل.
ومع ذلك، فإن انخفاض إنتاجية التألق المنخفض للكربون ذي العنصر الخفيف والامتصاص والتوهين الكبيرين لإشعاعه المميز بواسطة مواد المصفوفة الثقيلة مثل الصلب يمثل تحديات في تحليل التفلور السيني للكربون.
كما قد تؤدي القياسات المتكررة لسطح الأرض إلى زيادة قيم محتوى الكربون. ونتيجة لذلك، لا تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع مثل الطريقتين السابقتين المذكورتين.
طريقة المعايرة غير المائية هي طريقة معايرة تستخدم مذيب غير مائي. وتسمح هذه الطريقة بمعايرة الأحماض والقواعد الضعيفة التي لا يمكن معايرتها في محلول مائي عن طريق اختيار مذيب مناسب لزيادة حموضتها أو قلويتها.
على سبيل المثال، يمكن معايرة حمض الكربونيك الحمضي الضعيف الناتج عن ثاني أكسيد الكربون في الماء بدقة باستخدام كواشف عضوية مختلفة.
تتضمن طريقة المعايرة غير المائية الشائعة الاستخدام الخطوات التالية:
هذه الطريقة سامة، ويمكن أن يؤثر التعرض الطويل الأجل لها على صحة الإنسان، كما أنها صعبة التشغيل، خاصةً عندما يكون محتوى الكربون مرتفعًا ويجب أن يكون المحلول مضبوطًا مسبقًا. أي إهمال يمكن أن يسبب نتائج منخفضة بسبب تسرب الكربون.
وبالإضافة إلى ذلك، فإن الكواشف المستخدمة في طريقة المعايرة غير المائية هي في الغالب منتجات قابلة للاشتعال، كما أن عمليات التسخين ذات درجة الحرارة العالية تدخل في التجربة، لذلك يجب أن يكون لدى المشغلين وعي قوي بالسلامة.
يُستخدم كاشف الانحلال باللهب جنبًا إلى جنب مع كروماتوغرافيا الغاز لتسخين العينة في الهيدروجين ثم الكشف عن الغازات المنبعثة، مثل الميثان وثاني أكسيد الكربون، باستخدام كاشف الانحلال باللهب - كروماتوغرافيا الغاز.
هذه الطريقة مثالية لأولئك الذين لديهم محتوى منخفض للغاية من الكربون ومتطلبات عالية لنتائج اختباراتهم. على سبيل المثال، استخدم بعض المستخدمين هذه الطريقة لاختبار الكميات الضئيلة من الكربون في الحديد عالي النقاء، بمحتوى 4 ميكروغرام/غرام وزمن تحليل مدته 50 دقيقة.
أدخل بعض المستخدمين استخدام التحليل البوتنتيومتري لتحديد محتوى الكربون المنخفض في السبائك.
بعد أكسدة عينة الحديد في فرن تحريضي، تُستخدم خلية تركيز كهروكيميائية صلبة قائمة على كربونات البوتاسيوم لتحليل وتحديد الناتج الغازي لتحديد تركيز الكربون.
هذه الطريقة مناسبة بشكل خاص لتحديد التركيزات المنخفضة جدًا من الكربون. يمكن التحكم في دقة وحساسية التحليل عن طريق ضبط تركيبة الغاز المرجعي ومعدل أكسدة العينة.
ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لها تطبيقات عملية محدودة ولا تزال في الغالب في مرحلة البحث التجريبي.
عند تكرير الفولاذ، غالبًا ما يكون من الضروري مراقبة محتوى الكربون في الفولاذ المصهور في الوقت الحقيقي في فرن التفريغ.
قدم بعض العلماء في صناعة المعادن طرقًا لاستخدام معلومات غاز النفايات لتقدير تركيز الكربون.
باستخدام استهلاك الأكسجين وتركيزه أثناء التفريغ إزالة الكربنة إلى جانب معدلات تدفق الأكسجين والأرجون، فإنها تقدر محتوى الكربون في الصلب المصهور.
بالإضافة إلى ذلك، قام بعض المستخدمين بتطوير طرق وأدوات لتحديد كميات ضئيلة من الكربون في الصلب المصهور بسرعة. وعن طريق نفخ غاز ناقل في الصلب المنصهر، يقدرون محتوى الكربون عن طريق قياس الكربون المؤكسد في الغاز الناقل.
تفيد طرق التحليل عبر الإنترنت هذه في إدارة الجودة ومراقبة الأداء في عملية إنتاج الصلب.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR