مهندسی مواد سرامیک

دستگاه کوانتومتر(آنالیز عنصری نمونه فلزی)

یاد خدا آرامش دهنده دلهاست

دستگاه کوانتومتر(آنالیز عنصری نمونه فلزی)

این دستگاه دارای 3 پایه مختلف از جنس مس- آهن و آلومینیوم میباشد که هر کدام برس مخصوص به خود را دارد در ضمن برای هر آزمایش سری الکترود مخصوص خودش لازم است به هر حال قبل از هر آزمایش سری مخصوص به خودش را را تمیز میکنیم و نمونه را روی پایه قرار میگیرد و که پایه متحرک میتواند روی نمونه قرار گیرد و هم میتواند روی صفحه زیری قرار گیرد که همان جا اتصال بر قرار است اما بهتر است پایه روی نمونه قرار گیرد تا در صورت وجود گپ یا فاصله ای بین نمونه و صفحه ای گپ و فاصله حذف شود در این آزمایش ضخامت نمونه مهم نیست بلکه سطح نمونه مهم است چون فقط یک لایه سحطحی را بر میداریم در ابتدا و شرو ع آزمایش پس از قرار دادن نمونه روی صفحه دستگاه میپرسد کدام پایه را میخواهید آنالیز کنید که پایه ها همانطور که قبلا گفته شد از جنس fe-cu-alمیباشد که تنوع آهن بیشتر است وقتی برای مثال روی آهن میرویم آلیاژ های مختلف آهن از قبیل فولاد های هاتبیل .نیکل دار.کروم دار.چدن معمولی و.....را خواهیم داشت

یاد خدا آرامش دهنده دلهاست

دستگاه کوانتومتر(آنالیز عنصری نمونه فلزی)

ابتدا نمونه را روی دستگاه میگذاریم و چون نمی دانیم نمونه از چه نوعی است پس اول یک آنالیز عمومی انجام میدهیم—ابتدا گاز آرگون داریم بعد سوزاندن و جرقه زدن روی قطعه اتفاق می افتد بعد که جرقه زنی تمام شد بعد روی سطح مانیتور یکسری اعداد و ارقامی بصورت قرمز رنگ نشان داده میشود که نشان میدهد که این مقدار از عنصر بالاتر یا پایین تر از رنج متعارف شناسایی دستگاه است و برای هر نمونه حداقل3-2 جرقه باید بزند تا اطمینان پیدا کنیم که جرقه مطلوب وجود داشته و برای فولاد جرقه ای مطلوب است که که یک هاله ای سفید رنگ در وسط و یک هاله ای دود مانند دورش باشد اگر بطور کامل سفید شد واسه فولاد آنالیز دقیق نمیباشد .اگر نگه دارنده پایین باشد اتصال برقرار نمیشود البته محل آزمایش باید تمیز و عاری ازآلودگی وشرایط بهینه باشد تا حداقل خطای ممکن را داشته باشیم .3 آزمایش برای نمونه بهترین حالت است انتخات نمونه باید بطوری باشد که غیر مخرب باشد و چون ما در ریخته گری ادعا میکنیم که در کوره قوس همه جا نمونه همگن و هموژن و یکسان است که برای هر ذوب یک کد میخورد تا با گرفتن نمونه شاهد آنالیز کامل آن نمونه انجام شود.آنالیز فولاد و چدن با هم فرق میکنه چون چدن خاکستری دارای ساختاریست که ورقه های گرافیت به صورت لایه ای است و ممکن است آن جرقه اعمالی از دستگاه مستقیم بخورد روی لایه گرافیت پس با این دستگاه نمیشود چدن خاکستری را آنالیز کرد مگر اینکه بیاییم چدن خاکستری را به چدن سفید تبدیل کنیم یعنی اینکه گرمش کنیم و ببریم تا دمای 800 درجه و سریع سردش کنیم و به این صورت میشود چدن خاکستری را آنالیز کردو کالیبره کردن دستگاه به این صورت است که شرکت سازنده یکسری بلوک های استاندارد را تولید کرده و برای کالیبره کردن از آن ها استفاده میکنیم و بلوک های استاندارد روی دستگاه قرار میدهیم و طبق شماره بلوک دستگاه دیتا برداری میکند و دستگاه بطور اتو ماتیک دیتاهای جدید را میشناسدو کالیبره میشود این دستگاه بطور کلی27 عنصر مختلف را شنا سایی میکند

توضیحات تکمیلی::::

برای آنالیز وترکیب شیمیای مواد به خصوص در ریخته گری بکار میرود و در مجتمع فولاد مبارکه اصفهان و ذوب اهن پایل های بزرگ مذاب است و نمی توان مذاب را مدت زمان زیادی نگهداری کرد پس آنالیز باید سریعا انجام شود و بحث مدل سازی برای آن سخت است

اساس کار کوانتومتر برروی طیف نوری است که از خود متساعد مکند که از مشخصات هر فلز نوری متصاعد میکند.از شدت نور تابیده می توان ترکیب شیمیایی را معلوم کرد

جرقه زن-سوختن و پلاسما منبع را تامین میکند.بهترین روش جرقه زدن است

اساس کار جوشکاری (قوس زدن)برای اتصال +و- این ارتباط را یونیزاسیون انجام میدهد در اینجا به جای هوااز گاز ارگون استفاده میشود چون آرگون خالص و بی اثر است وناخالصی روی طیف ها اثر منفی میگذارد.هرچه خلوص گاز آرگون بیشتر باشد قیمت بیشتر است علاوه بر خلوص خلوص گاز اولیه یک دستگاه فیلتر گاز آرگون هم روی دستگاه کار میکند

قسمت وکیوم یا خلاء: نور وارد دتکتور میشود باید کل محیط خلاء باشد یعنی باید 2-3 ساعت پیش از شروع کار باید دستگاه تحت وکیوم قرار گرفته باشد

نرم افزار دستگاه که توسط شرکت های مختلف تهیه شده است بر روی دستگاه نصب میشود و سپس نور که وارد لنز های همگرا و واگرا میشود پارامترها تفکیک میشود تا بتوان آنها را دتکت کرد بر اساس هر طیف نور آنالیز انجام میشود هر عنصر رنگ خاص خود را دارد دتکتور های ززف که قرار دارد نور را دریافت میکند لنزها همگرا و واگرا نور را تفکیک میکنند و به دتکتور میفرستد

نور—عنصر شدت --- میزان

بعضی از دستگاه ها را میتوان پایه های دیگر به آن اضاف کرد یعنی ارتقاءداد دقت این دستگاه 0.0002 است کل سیستم در حالت خلاءمیباشد چون هر نا خالصی که باشد باعث میشود شدت طیف کم شود و دچار انحراف شود پس لنزه و دتکتور تحت خلاءمیباشد ولی نمونه تحت خلاءنیست

برای آماده سازی نمونه باید سمباده زده شود یعنی نمونه باید زبر باشد سمباده 100-80باشد نوع سمباده قرمز باشد بهتر است باید زبری متوسط داشته باشد نه صیقلی باشد و نه خیلی زبر چون سطح مقطع محدود است

نمونه گیری از جایی باید باشد که که نمونه همگن و هموژن باشد از جایی که سرباره باشد و یا نا خالصی باشد نباید نمونه گیری شود

ما ادعا میکنیم که در کوره های قوسی در همه جایش نمونه همگن و هموژن میباشد و زمانیکه کوره در حال کتر است و فولاد سوزی میریزیم که(S-NI-CR+25)در ابتدابرای ذوب ریزی قراضه ها جمع میشود و فرو آلیاژ ها اضافه میشود و آنالز می گیریرم تا ببینیم به مرجع در نظر گرفته شده می رسد یا نه و برای آنالیز میتوان قطعه شاهد در نظر رفت یا میتوات نمونه مقطع کرد و آنالیز کرد که وسط بهتریت جاست برای نمونه برداری به طور کلی در این آزمایش دو نوع خطای اندازه گیری داریم1- شخصی 2- دستگاهی

شرایط محیطی : دما حدود 25 درجه سانتی گراد باید باشد و محیط باید عاری از هر گونه آلودگی و گرد و خبار با شد تا گرد و غبار بر روی دستگاه ننشیند و روی آنالیز آ تاثیر نگذارد . سیستم برق آن باید یکسو کننده باشد ازUPS استفاده شود

دستگاه upsقابلیت ذخیره سازی برق را تا 2 ساعت دارد و قابلیت یکسو کنندگی دارد

شرایط دستگاه:اگر دستگاه از کالیبراسیون خارج شود برای کالیبره کردن دستگاه باید اقداماتی انجام داد برای استاندارد سازی از نمونه های کا لیبراسیون استفاده میشود مثل بلوک های استاندارد که پیش از ان آنالیز شده و اطلاعات زیر را دارد

(مثلا بلوک آهنی)fe 80-ni 10-cr 7-c 0.5 نمونه استاندارد را در دستگاه میگذاریم میبینیم اعدادحاصل با آنالیز استاندارد تفاوت دارد پس از کالیبراسیون خارج شده. دستگاه نیاز به تعمیرات دوره ای دارد .stopبعد از جرقه زدن دوره ای می آید که باید پاک شود

برای اینکه نمونه های کالیبراسیون از بین نرود نم.منه اصلی را اول نمی گداریم زمانیکه جرقه میزند باید دوده ای که جا مانده پاک و تمیز شود

گاز آرگون××××××

-زاپاس گاز Ar باید حتما همراه با فیلتراسیون باشد

-زمانی که کپسول گاز آرگون تعویض میشود چون روی آن نا خالصی است باید سر آن را باز کرد تامقدار نا خالصی در حد صفر شود دستگاه قابیت های متفاوتی دارد برای اندازه گیری عناصر این دستگاه با استفاده از الکترود هایfe-cu-Al را اندازه گیری میکند

آهن شامل 2 نوع فولاد وچدن است. ما از در صد کربن فولاد اطلاعی نداریم

Modeتنظیم آنالیز عمومی را انجام میدهیم.سپسfloshingگاز آرگون انجام میشهو حتما باید سری دستگاه تمیز باشه و هر فلز باید با سری خاص خودش تمیز شود تا ناخالصی های نمونه های قبلی وارد آن نشود برای یک نمونه باید 3-2 آنالیز را انجام داد چون امکان دارد به نحوی ناخالصی وارد نمونه شده باشد .جای نمونه را در stampمیتوان عوض کرد و مجددا آنالیز کرد 1 لایه از نمونه تحت جرقه زن برداشته میشود

××××دستگاه چدن و فولاد را همزمان آنالیز میکند تنها چدن خاکستری را نمیتوان آنالیز کرد چون ساختار صفحه ای دارد و ممکن است حین آنالیز صفحهبرود و آنالیز صفحه دیگر را بدهد

باید از چدن سفید آنالیز کرد باید چدن خاکستری را به چدن سفید تبدیل کرد یعنی باید سریع گرم گردد و سپس سریع سرد گردد تا اجازه رشد صفحات را ندهیم

دستگاه برای رنج خاصی تعریف شده که اگر از آن رنج خارج شود alarmقرمز رنگ میدهد برای اینکه گازآرگون در محیط پراکنده نشود گاز Arرا در آب حل میکنیمو ترسیم گاز آرگون را روی آن قرار میدهیم

بحث شماره گذاری و کد گذاری در نمونه ها حتما رعایت شود

1. اسپکترومتر ، یک دستگاه طیف سنج نوری بر اساس نشر طیف الکترومغناطیس عناصر می باشد .

در اسپکتروسکوپ های نشری اتم های برانگیخته شده ، در برگشت به سطح انرژی نرمال ، با نشر انرژی به صورت فوتون ، باعث ایجاد طیف یا اسپکتروم می شود .

دسته بندی:

اسپکترومترهای مبتنی بر منبع تحریک شعله ای.

اسپکترومترهای مبتنی بر منبع تحریک پلاسما.

اسپکترومترهای مبتنی بر منبع تحریک قوس و جرقه.

اجزای کلی دستگاه:

*منبع تحریک کننده ( در اینجا همان جرقه )

*سیستم نوری

*سیستم آشکار ساز

*سیستم تمیز کننده محیط محفظه جرقه

منبع تحریک کننده:
جرقه الکتریکی با جریان متناوب می باشد که در هنگام کار با انفجار های کوچک و ممتد همراه است . این انرژی داخل خازن ها جمع می شود و خازن ها باردار می شوند و بعد از عمل کردن دستگاه در خازن ها تخلیه صورت می گیرد . در تحریک به وسیله جرقه تخلیه الکتریکی بین الکترود و نمونه صورت می گیرد . جنس الکترود از تنگستن می باشد . در اثر این جرقه مواد نمونه بخار شده و الکترون اتم ها در دماهای بالا تحریک می شود .

انواع آشکار سازها:

1- سلولهای فوتو ولتایی
2- فوتو لوله ها

3- فوتو رسانایی
4- فوتو دیودهای سیلیسیمی

5- آشکار ساز Charged Couple Device :CCD

6-آشکار ساز Photo Multiplier Tubes :PMT

طیف نشر یافته در این آشکار ساز به سیگنال های الکتریکی تبدیل می شود و پس از تقویت شدن این سیگنال ها ، سیستم ، نمودار یا جدولی رسم می کند .

آماده سازی نمونه ها:

به طور کلی نمونه ها باید کاملا صاف و مسطح باشند که با سنگ زدن ساده کاملا آماده می شوند البته در صورت نیاز به آنالیز دقیق بایستی از سنباده قرمز

شماره 50 استفاده کرد تا سنباده در آنالیز تاثیر نداشته باشد و شیاره آماده تری برای جرقه زنی داشته باشیم.

سیستم تمیز کننده محیط محفظه جرقه:

برای بدست آوردن یک آنالیز صحیح بایستی محفظه جرقه توسط گاز بی اثر آرگن 99.999% و خشک شده(گاز در دستگاهی قبل از ورود تمیز و خشک می شود)

محافظت می شود و کمپرسور وکیوم 0000 آنرا تخلیه می نماید.

کاربرد ها:

*آنالیز فولاد ها از قبیل فولاد های آلیاژی ، ضد سایش منگنز بالا ، ساده کربنی و ...

*آنالیز انواع چدن ها از قبیل چدن های خاکستری ، داکتیل و...

*آنالیز آلومینیوم محلول و غیر محلول در فولاد ها

*کاربر در صنعت مس ( اندازه گیری سرب در برنج های سرب دار)

*شناسایی هیدروژن و اکسیژن و نیتروژن موجود در تیتانیم

*آنالیز آلیاژ های مختلف آلومینیوم از جمله Al-Li

البته تمامی دستگاه ها نمی توانند کلیه آلیاژها را آنالیز نمایند و هر دستگاه متناسب با نیاز، کانالهای مخصوص خود را دارد که توسط سازنده نصب می شود.

ویژگیهای کوانتومتری:

*استفاده از منبع تحریک کننده جرقه در مقایسه با روش های شعله ای تداخل بین عنصری کمتری دارد.

*عملیات آنالیز در این دستگاه ها با سرعت بالا در حد چند ثانیه انجام می شود و کارکردن با این دستگاه ها آسان است .

*آماده سازی نمونه برای انجام آزمایش به آسانی انجام می گیرد.

*با استفاده از منبع جرقه امکان تعیین غلظت های پایین عناصری که ترکیبات دیرگداز می سازند مانند بور، فسفر ، تنگستن و... را فراهم می آورد .

*لازم به ذکر است آلیاژ هایی مانند چدن و کامپوزیتها که دارای فازهای پراکنده هستند قابل آنالیز با کوانتومتر نیستند و در صورت نیاز به آنالیز چدن بایستی از مذاب آن پولکی (قطعه ای به شکل استوانه به قطر 40 و ضخامت 5میلیمتر) تهیه نمود تا در نمونه گرافیت بصورت آزاد نماند و در آنالیز مشکل ایجاد نکند.