Prüfung der Metallzusammensetzung: 8 bewährte Methoden | MachineMFG

Prüfung der Metallzusammensetzung: 8 bewährte Methoden

0
(0)

Metallische Werkstoffe umfassen eine Reihe von Optionen, wie reine Metalle, Legierungen und Sondermetalle. Sie haben zahlreiche Anwendungen in verschiedenen Branchen, darunter Luftfahrt, Maschinenbau und Computerhardware.

Mit der wachsenden Nachfrage nach metallischen Werkstoffen in verschiedenen Industriezweigen haben sich einige komplizierte Materialien herauskristallisiert.

Die Zusammensetzung von Metallen spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Eigenschaften dieser Materialien.

Die Kenntnis der Zusammensetzung und der Eigenschaften von Metallen kann die effektive Verwendung dieser Materialien in verschiedenen Produkten verbessern.

Bei Produktionsprozessen treten häufig zwei Probleme auf: die Identifizierung der Art der Metallmaterial und sicherzustellen, dass es den gewünschten Materialanforderungen entspricht.

Durch die Analyse der Zusammensetzung von Metallwerkstoffen wird es möglich, die Materialzusammensetzung zu verstehen und so die Produktqualität zu überwachen, problematische Produkte zu analysieren und potenzielle Probleme zu erkennen, um versteckte Gefahren zu beseitigen.

Kenntnisse in der Analyse von Metallwerkstoffen

Es gibt über 90 Metallarten die in der Natur vorkommen, wie Eisen, Kupfer, Aluminium, Zinn, Nickel, Gold, Silber, Blei, Zink und andere.

Eine Legierung ist eine Kombination aus zwei oder mehreren Metallen oder eine Kombination aus Metall und Nichtmetall, die metallische Eigenschaften aufweist.

Zu den gängigen Legierungen gehören Stahllegierungen aus Eisen und Kohlenstoff, rostfreier Stahl aus Eisen, Chrom und Nickel sowie Messing aus Kupfer und Zink.

Metallische Werkstoffe werden in der Regel in drei Gruppen eingeteilt: Eisenmetalle, Nichteisenmetalle und spezielle Metallmaterialien.

Zu den Eisenmetallen, auch bekannt als Eisen- und Stahlwerkstoffe, gehören reines Eisen, Gusseisen mit 2% bis 4% Kohlenstoff, Kohlenstoffstahl mit weniger als 2% Kohlenstoff sowie verschiedene Arten von Stahl wie Baustahl, rostfreier Stahl, hitzebeständiger Stahl, Werkzeugstahl, Superlegierungen, Präzisionslegierungen usw. für verschiedene Anwendungen.

Im weiteren Sinne können Eisenmetalle auch Legierungen aus Chrom und Mangan umfassen.

Eisen ist das am häufigsten vorkommende und kostengünstigste Metall auf der Erde und ein wesentlicher Grundstoff für fast alle Industriezweige.

Man findet es in Kühlschränken, Küchengeräten, Waschmaschinen, Autos, Eisenbahnen, Straßenbahnen, Eisenbrücken, Schiffen, Strommasten, Gebäuden, Fabriken und Maschinen.

Nichteisenmetalle sind alle Metalle und ihre Legierungen außer Eisen, Chrom und Mangan. Sie werden in der Regel in Leichtmetalle, Schwermetalle, Edelmetalle, Halbmetalle, seltene Metalle und Seltenerdmetalle eingeteilt.

Im Vergleich zu reinen Metallen haben Legierungen höhere Festigkeit und Härte und niedrigere Widerstands- und Temperaturkoeffizienten, was insgesamt zu besseren mechanischen Eigenschaften führt.

Zu den gebräuchlichen Nichteisenlegierungen gehören Aluminium, Kupfer, Magnesium, Nickel, Zinn, Titan und Zinklegierungen.

Diese Materialien werden in großem Umfang als Struktur- und Funktionskomponenten im Maschinenbau, im Bauwesen, in der Elektronik, in der Luft- und Raumfahrt und in der Kernenergienutzung sowie in anderen Branchen eingesetzt.

Weiterführende Lektüre: Eisenhaltige Metalle vs. Nichteisenmetalle

Analyse- und Prüfverfahren für metallische Werkstoffe

Die Methoden zur Analyse und Prüfung der Zusammensetzung metallischer Werkstoffe haben sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt und sind von der traditionellen Titration und Spektrophotometrie zu fortschrittlicheren Techniken wie der Plasma-Emissionsspektrometrie und der Funken-Direktspektrometrie übergegangen. Auch das Prüfverfahren hat sich verändert und ermöglicht die gleichzeitige Analyse mehrerer Elemente, was die Effizienz und Genauigkeit verbessert hat.

Die Grundsätze und Merkmale der verschiedenen Prüfmethoden sind wie folgt:

1. Spektralphotometrie

Die Spektralphotometrie ist eine weit verbreitete Methode zur Quantifizierung von Metallelemente. Sie umfasst die Messung der Absorption und der Lichtstärke innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs, um eine qualitative und quantitative Analyse durchzuführen.

Diese Methode ist bekannt für ihre breite Anwendung, hohe Empfindlichkeit, gute Selektivität, hohe Genauigkeit und niedrige Kosten, hat aber den Nachteil, dass sie nur ein Element auf einmal analysieren kann.

Zu den in der Spektralphotometrie verwendeten Nachweisgeräten gehören Ultraviolett-Spektralphotometer, sichtbare Spektralphotometer und Infrarot-Spektralphotometer.

Spektralphotometrie

2. Titration

Die Titration ist eine Methode zur Prüfung der Metallbestandteile in einer Lösung mit einer Standardkonzentration von Reagenzien. Die Metallbestandteile reagieren vollständig mit den Reagenzien, um den endgültigen Titrationsendpunkt zu erreichen. Mit dieser Methode können Substanzen mit einem Gehalt von über 1% getestet werden, sie hat jedoch den Nachteil, dass sie wenig effizient ist.

Titration

3. Atomspektrometrie

Die Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) und die Atomemissionsspektrometrie (AES) sind herkömmliche Verfahren zur Analyse der Zusammensetzung von Metallwerkstoffen.

Die AAS beruht auf dem Prinzip der Quantifizierung des Gehalts der analysierten Elemente durch Messung der Absorptionsintensität der Außenelektronen der Grundzustandsatome im gasförmigen Zustand gegenüber der entsprechenden Atomresonanzstrahlungslinie des sichtbaren und ultravioletten Lichts.

Diese Methode ist ideal für gasförmige Atomabsorptionsstrahlung und zeichnet sich durch hohe Empfindlichkeit, starke Anti-Interferenz-Fähigkeit, hohe Selektivität, einen großen Analysebereich und hohe Präzision aus.

Allerdings gibt es Einschränkungen wie die Unfähigkeit, mehrere Elemente gleichzeitig zu analysieren, die geringe Empfindlichkeit bei der Bestimmung unlöslicher Elemente und die schlechte Leistung bei der Messung komplexer Proben.

Die AES hingegen basiert auf dem Prinzip, dass jedes Elemention oder Atom eine spezifische elektromagnetische Strahlung aussendet, wenn es elektrisch oder thermisch angeregt wird.

Diese Methode verwendet Emitter für die qualitative und quantitative Analyse von Elementen und kann mehrere Elemente gleichzeitig mit einem geringeren Probenbedarf und schnelleren Ergebnissen testen.

Sie hat jedoch eine geringe Genauigkeit und wird nur für die Analyse von Metallteilen verwendet und kann nicht für die meisten nicht-metallisch Komponenten.

Atomspektrometrie

4. Röntgenfluoreszenzspektrometrie

Die Röntgenfluoreszenzspektrometrie wird häufig für die Bestimmung von Metallelementen verwendet und ist eine gängige Methode zur Analyse der Zusammensetzung von Metallmaterialien. Das Testprinzip beruht auf der Tatsache, dass sich Atome in ihrem Grundzustand in einem niederenergetischen Zustand befinden. Sobald sie jedoch durch Strahlung einer bestimmten Frequenz angeregt werden, gehen sie in einen hochenergetischen Zustand über und emittieren Fluoreszenz.

Die Wellenlänge dieser Fluoreszenz ist einzigartig, und durch Messung dieser Röntgenfluoreszenz-Spektrallinien lässt sich die Art der Elemente in der Probe bestimmen. Der Gehalt an Elementen kann durch Vergleich der Intensität der Spektrallinien der Probe mit den Referenzspektrallinien einer Standardprobe geschätzt werden.

Bei dieser Methode handelt es sich um einen qualitativen und halbquantitativen Ansatz, der hauptsächlich zur Annäherung an den Inhalt der Analyse der Metallzusammensetzung verwendet wird.

Röntgenfluoreszenzspektrometrie

5. Induktiv gekoppelte Plasmaspektrometrie

Die induktiv gekoppelte Plasma-Atomemissionsspektrometrie (ICP-AES) ist derzeit die am häufigsten verwendete Methode. Ihr Prinzip besteht darin, Metallelemente anzuregen, wodurch elektronische Übergänge verursacht werden, die zur Emission von Spektrallinien mit bestimmten Intensitäten führen, die zur Bestimmung der Elemente und ihrer Konzentrationen verwendet werden.

Diese Methode hat ein breites Anwendungsspektrum, ist hochempfindlich, hat eine schnelle Analysegeschwindigkeit und bietet eine hohe Genauigkeit. Sie kann eine Reihe von Proben gleichzeitig testen und mehrere Elemente unter einer Markierungslinie bestimmen.

Induktiv gekoppelte Plasmaspektrometrie

6. Funken-Direktlese-Spektrometrie

Das Spark Direct Reading Spectrometer verwendet Hochtemperaturlichtbögen oder Funken, um Elemente in einer Probe aus dem festen Zustand direkt zu verdampfen und anzuregen, so dass sie charakteristische Wellenlängen emittieren.

Diese Wellenlängen werden dann mit Hilfe eines Gitters aufgeteilt, wodurch ein nach Wellenlängen geordnetes Spektrum entsteht. Die charakteristischen Spektrallinien der Elemente gelangen durch den Ausgangsspalt in die jeweiligen Photomultiplier-Röhren, wo das optische Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

Das Kontroll- und Messsystem integriert das elektrische Signal, das dann von einem Computer verarbeitet wird, um den prozentualen Anteil der einzelnen Elemente zu bestimmen.

Diese Methode ist hochpräzise und kann gleichzeitig mehrere Elemente analysieren, wobei qualitative und quantitative Ergebnisse für Dutzende von Elementen in einer einzigen Anregung und Analyse erzielt werden.

Sie ist schnell und effizient und erfordert keine teuren chemischen Reagenzien oder speziellen Hilfsstoffe. Die direkte Prüfung von festen Proben ist möglich.

Die Form und der Umfang der Stichprobe stellen jedoch bestimmte Anforderungen.

7. Kohlenstoff- und Schwefelanalyse

In metallischen Werkstoffen, insbesondere in Stahl, sind Kohlenstoff und Schwefel die wichtigsten Elemente, die geprüft werden müssen, und die oben genannten Methoden können Kohlenstoff und Schwefel nicht genau quantifizieren. Folglich müssen die Elemente Kohlenstoff und Schwefel mit einem Kohlenstoff-Schwefel-Analysator geprüft werden.

Die Probe wird unter sauerstoffangereicherten Bedingungen einer Hochtemperaturerhitzung unterzogen, wobei der Kohlenstoff und der Schwefel zu Kohlendioxid und Schwefeldioxid oxidiert werden.

Nach der Behandlung gelangt das Gas in den entsprechenden Absorptionspool und absorbiert die entsprechende Infrarotstrahlung, die vom Detektor als Signal weitergeleitet wird. Der Computer verarbeitet das Signal und gibt die Ergebnisse aus.

Diese Methode ist genau, schnell und empfindlich und kann sowohl für die Analyse hoher als auch niedriger Kohlenstoff- und Schwefelgehalte verwendet werden.

Kohlenstoff- und Schwefelanalyse

8. Sauerstoff- und Stickstoffanalyse

Der Sauerstoff- und Stickstoffanalysator wird zur Messung des Sauerstoff- und Stickstoffgehalts in verschiedenen Stählen, Nichteisenmetallen und neue Materialien. Es zersetzt die Probe durch Impulserhitzung unter einer inerten Atmosphäre und misst den Gehalt mit einem Infrarotdetektor bzw. einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor. Diese Methode ist für ihre hohe Genauigkeit und niedrige Nachweisgrenze bekannt.

Sauerstoff- und Stickstoffanalyse

Einführung in die Prüfgegenstände

Kategorie MetallProjekt
Eisen und StahlAnalyse der ElementeKennzeichnung der Güteklasse (um festzustellen, ob sie einer Norm oder einer Güteklasse entspricht) Anfrage)Analyse der Beschichtungszusammensetzung (Prüfung der Beschichtungszusammensetzung und des Elementgehalts)
Kupferlegierung / hochreines Kupfer
Bleifreies Lot / Bleilot
Aluminiumlegierung
Magnesiumlegierung
Kirsite
Titan-Legierung
Edelmetalle (Gold, Silber, Palladium, Platin)
Hochreines Metall
Hartlöten Schweißzusatzwerkstoff
Pulvermetallurgie

Wie hilfreich war dieser Beitrag?

Klicke auf die Sterne um zu bewerten!

Durchschnittliche Bewertung 0 / 5. Anzahl Bewertungen: 0

Bisher keine Bewertungen! Sei der Erste, der diesen Beitrag bewertet.

Weil du diesen Beitrag nützlich fandest...

Folge uns in sozialen Netzwerken!

Es tut uns leid, dass der Beitrag für dich nicht hilfreich war!

Lasse uns diesen Beitrag verbessern!

Wie können wir diesen Beitrag verbessern?

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert

Nach oben scrollen