金屬技術論文2000字
金屬技術論文2000字
金屬(High Purity Metals)是現代多種高新技術的綜合產物。下面是小編為大家精心推薦的金屬技術論文2000字，希望能夠對您有所幫助。
金屬技術論文2000字篇一
論高純金屬分析技術
[摘 要]高純金屬(High Purity Metals)是現代多種高新技術的綜合產物。隨著半導體技術、宇航、無線電科技等的發(fā)展，對金屬純度要求越來越高，也大大促進了高純金屬生產的發(fā)展。因為在金屬未能達到一定純度的情況下，金屬特性往往會被雜質所掩蓋，所以高純金屬分析提純時選用何種技術方法，是影響高純金屬分析結果的關鍵因素。文章介紹了幾種高純金屬提純的方法，包括物理提純、化學提純等方法，旨在與廣大從事分析行業(yè)人員共同學習，以提高高純金屬分析水平。
[關鍵詞]高純金屬;分析;純度
中圖分類號：TF802.4+1 文獻標識號：A 文章編號：2306-1499(2014)13-0186-01
1.高純金屬的概念
金屬的純度是相對雜質而言的，所有的金屬都不能達到絕對純，“高純”具有相對的含義，是指技術上達到的標準。高純金屬的雜質級別為：ppm級(百萬分之幾)。隨著提純技術和檢測水平的提高，金屬的純度在不斷提高，超純半導體材料的雜質達ppb級(十億分之幾)，并逐步發(fā)展到ppt級(一萬億分之幾)。實際上純度以幾個“9”(N)來表示(如雜質總含量為百萬分之一，即稱為6個“9”或6N)，是不完整概念，如電子器件用的超純硅以金屬雜質計算，其純度相當于9個“9”，但如計入碳，則可能不到6個“9”。“超純”的相對名詞是指“雜質”，廣義的雜質是指化學雜質(元素)及“物理雜質”(晶體缺陷)，后者是指位錯及空位等，而化學雜質是指基體以外的原子以代位或填隙等形式摻入。但只當金屬純度達到很高的標準時(如純度9N以上的金屬)，物理雜質的概念才是有意義的，因此目前工業(yè)生產的金屬仍是以化學雜質的含量作為標準，即以金屬中雜質總含量為百萬分之幾表示。比較明確的辦法有兩種：一種是以材料的用途來表示，如“光譜純”、“電子級純”等;一種是以某種特征來表示，例如半導體材料用載流子濃度，即一立方厘米的基體元素中起導電作用的雜質個數(原子/cm2)來表示。而金屬則可用殘余電阻率表示。
2.物理提純方法
利用蒸發(fā)、凝固、結晶、擴散、電遷移等物理過程除去雜質的方法。物理方法多采用真空技術。一些稀有金屬的吸氣性很強，更需要在高真空和超高真空中(10-8～10-10托以上)進行純化。提純方法主要有：
(1)區(qū)域熔煉，區(qū)熔精煉及其定向凝固法是制取超高純金屬的主要方法之一，其特點是提純精度高，在半導體領域產品純度可高達6～9個“9”。一般金屬中雜質分為兩類：一類是使金屬熔點降低的;另一類是使金屬熔點升高的。根據分配定律知，在溶質濃度極小時，溶質在液固兩相平衡濃度之比為常數，記為K0。在液態(tài)金屬凝固過程中，雜質將發(fā)生偏析，對于K0<1的雜質而言，其在固相中的平衡濃度小于平衡液相的濃度，首先凝固的固相中雜質的含量最少，而大部分聚集在液相中，以至在最后凝固的固相中的含量最高;對K0>1的雜質則剛好相反。當一個狹窄的熔區(qū)沿一個金屬料錠，由一端向另一端移動時，其中K0<1的雜質，將隨熔區(qū)前進的方向移動，而K0>1的雜質，將隨熔區(qū)前進的反方向移動，這樣經過多次以后，金屬中的兩類雜質將分別集中在金屬料錠的兩端，而其余的部分就被純化。加熱方式有高頻加熱、等離子加熱、電子束加熱等。
(2)單晶法，包括使用坩堝的提拉法和無坩堝懸浮區(qū)熔單晶法，前者適用于教低熔點的金屬，后者可用于高熔點金屬。
(3)真空蒸餾，利用金屬和雜質的飽和蒸汽壓和揮發(fā)速度的差別在揮發(fā)或冷凝過程中除雜質的方法，以前主要用于熔點不太高的金屬，如鎂、鈣、鋅等的提純，隨著無坩堝蒸餾技術的應用，以擴展到較高熔點的金屬如鈷、鎳、釩等的提純。
(4)電遷移法，利用金屬和雜質在電場作用下往一定方向遷移或擴散的速度差別以分離雜質的方法，是深度提純的方法，多用于釩、鋯、鉿，鈮、鉭的提純。
(5)電磁場提純，利用電磁場強化金屬熔體的攪拌作用，獲得均勻的結構缺陷分布和細化晶粒的方法。電磁場可以完全消去溫度波動和雜質的層狀分布。常用于化學活性強的金屬和難熔金屬的提純。
3.化學提純方法
(1) 電感耦合高頻等離子體質譜法( ICP-MS) ，我國在20 世紀90年代中后期開始研究?？梢哉f在近十年的飛速發(fā)展中，該技術與不同的樣品前處理及富集技術相結合成為現今痕量、超痕量貴金屬分析領域最強有力的工具。用同位素稀釋法測定回收率低的元素，已成為高純金屬多元素測定最有潛力的方法之一。 ICP-MS 測定貴金屬元素時，選擇恰當的待測元素同位素是很重要的。一般而言，同量異位干擾比多原子干擾嚴重，氧化物干擾比其他多原子干擾嚴重。因此，選擇同位素總的原則是： 若無干擾，選擇豐度最高的同位素進行測定;如果干擾小，可用干擾元素進行校正;如果干擾嚴重，則選擇豐度較低的沒有干擾的同位素進行測定。獲取待測元素結果常用的方法有：外標法、內標法、標準加入法和同位素稀釋法。
外標法適合于溶液成分簡單的條件實驗。內標法能在一定程度上克服基體效應，是常用的方法。標準加入法的優(yōu)點是基體匹配，結果準確，但費時費錢。同位素稀釋法不受回收率影響，能克服基體效應，是很精確的方法。采用同位素稀釋法的關鍵是同位素平衡，目前的研究表明，高壓酸分解或Carioustube 酸溶法是同位素平衡最徹底的方法。但是Au和Rh是單同位素元素，不能用同位素稀釋法測定。總之，條件實驗用外標法;分析實際樣品時，用內標法測Rh 和Au 。其余貴金屬元素用同位素稀釋法;回收率測試用標準加入法。多數情況下，等離子體質譜法采用溶液進樣。激光燒蝕樣品技術大大減少了樣品前處理的時間 。但是，固樣進樣基體影響嚴重，貴金屬同位素不能達到平衡，所以該法一般用于快速分析或成分簡單、貴金屬分布均一的樣品。此外，利用流動注射進樣，可以克服ICP-MS 要求可溶性固體含量低的缺點，還能克服基體效應，將越來越引起關注。
(2)中子活化分析法(NAA)，中子活化分析的靈敏度高，準確度好，污染少，適用于高純金屬、地質樣品、宇宙物質液體、固體等各類樣品中超痕量金屬的測定。特別是NAA 的無損分析特性消除了多數其它痕量分析方法中可能破壞溯源鏈的最危險的環(huán)節(jié)――樣品制備和溶解過程中可能帶來的待測元素的污染或丟失。由于活化之后的放化操作可以加入載體和反載體以克服“超低濃”行為和無需定量分離，因此由樣品處理引起的污染和丟失危險遠遠低于其它方法。在約1012n・cm- 2・s- 1的通量下，NAA 可在10- 6～10- 9的范圍內測定周期表中的大部分元素。NAA是目前唯一能夠同時測定Cl，Br，I的最有效方法。為克服基體效應，進行預富集與放化分離常常是需要的。海洋沉積物和結核經锍試金分解后，試金扣中的貴金屬元素用NAA測定，結果令人滿意。對貴金屬而言，用中子活化分析靈敏度最高的是Ir 、Au 和Rh 。該法的檢出限很低，可以和等離子體質譜法媲美。用锍試金-中子活化和等離子質譜分析地質樣品中鉑族元素，發(fā)現用中子活化分析Ir 的檢出限高十倍，其余的比等離子質譜低，兩種方法可以互補 。但是核輻射對人體有害，且需要小型反應堆，設備受到地域限制，使用難以普及。
想要獲得高純度的金屬，在不同的情況下，需要采用不同的提純方法，在一些特殊情況下必須將化學法和物理法相結合和合理運用，才能得到令人滿意的結果。
參考文獻
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金屬技術論文2000字篇二
金屬的焊接技術
摘要: 介紹焊接技術的相關知識、原理及分類。
關鍵詞: 金屬;焊接技術;等離子弧焊
材料的性能是零件設計中選材的主要依據,也是技術工人在加工過程中合理選擇加工方法的重要保證。我們常用的金屬材料具有四大性能:即物理性能、化學性能、力學性能及加工工藝性能。物理性能是指金屬材料在各種物理條件作用下所表現出的各種性能,主要包括熔點、密度、導電導熱性、磁性等。化學性能是指金屬材料在室溫或高溫下抵抗外界介質化學侵蝕的能力,主要包括抗氧化性和耐腐蝕性。力學性能是指金屬材料在承受機械載荷而不超過許可變形或不被破壞的能力,主要包括強度、沖擊韌性、塑性、疲勞強度、硬度等。工藝性能是指金屬材料對不同加工工藝方法的適應性,主要包括焊接性能、鍛壓性能、鑄造性能、熱處理性能和切削加工性能。
金屬的焊接性能是指金屬材料在一定的焊接工藝條件下,能夠獲得高質量焊接接頭的難易程度,也就是對焊接加工的適應性。
隨著金屬的更多的應用,焊接技術也應時而現,像中國古代就有了鍛焊、鑄焊和釬焊。例如在商朝,工匠制造出的鐵刃銅鉞,其實就是銅與鐵的鑄焊件,在鐵刃銅鉞的表面,鐵與銅的熔合線雖然蜿蜒曲折,但接合良好。我們在考古過程中發(fā)現在春秋戰(zhàn)國時期的曾侯乙墓中,有許多的盤龍盤旋在其建鼓銅座上,這是由分段釬焊連接而成的。同時戰(zhàn)國時期制造的刀、劍等,刀背為熟鐵,刀刃為鋼,這是經過加熱鍛焊而成的。又如傳說中的世界三大名刀之一大馬士革刀在中世紀也曾用過鍛焊工藝。
目前金屬焊接方法的種類很多,按照焊接過程的特點區(qū)分,可以分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。熔焊可分為:電弧焊、氣焊、等離子弧焊、電渣焊、激光焊、電子束焊、鋁熱焊等。壓焊可以分為爆炸焊、接觸焊、摩擦焊、超聲波焊、冷壓焊、高頻焊、真空擴散焊等。釬焊可分為烙鐵釬焊、火焰釬焊、爐中釬焊、感應釬焊、浸漬釬焊、電阻釬焊、特種釬焊等。
熔焊是利用局部熱源將填充金屬材料(有時不用填充金屬材料)置于焊件的接合處進行熔化,不外加壓力而使其互相熔合,冷卻凝固后而形成牢固的接頭。壓焊是指焊件不論是否加熱,均施加一定壓力,使結合面接觸緊密而產生結合作用,從而使焊件連接在一起。釬焊與熔焊相似,但本質上有一定不同,它是采用的釬料是比母材熔點低的金屬材料,焊件和釬料加熱溫度是低于母材熔點而高于釬料熔點的溫度,使液態(tài)得釬料潤濕母材,填充接頭間隙并與母材相互擴散實現連接焊件的方法。目前我們常用焊接方法有焊條電弧焊,埋弧焊,手工鎢極氬弧焊、CO2氣體保護焊,氧氣-乙炔焊,等離子弧焊,電阻焊等。
1 焊接材料
焊接時所消耗材料通稱為焊接材料,比如焊劑、焊絲、保護氣體、鎢極、焊條等。
1.1 焊劑
焊劑是埋弧焊工藝用的主要焊接材料,按照制造方法可分為熔煉焊劑、粘結焊劑和燒結焊接;按照焊劑中添加合金劑、脫氧劑可分為中性焊劑、活性焊劑和合金焊劑;按照焊劑的酸堿度可分為堿性焊劑、中性焊劑和酸性焊劑。焊劑可回收,但回收后需要經過篩選、加熱去濕,再與進過了加熱去濕新的焊劑均勻攪拌后使用。
1.2 焊絲
焊絲是指焊接過程中作為填充金屬或同時作為導電用的金屬絲焊接材料。按照使用的焊接工藝方法可分為埋弧焊用焊絲、電渣焊用焊絲、氣焊用焊絲、氣體保護焊用焊絲和堆焊用焊絲;按照制造方法不同可分為藥芯焊絲和實芯焊絲(藥芯焊絲又分為自保護焊絲和氣保護焊絲);按照被焊的材料性質可分為不銹鋼焊絲、鑄鐵焊絲、碳鋼焊絲、有色金屬焊絲和低合金焊絲。
1.3 保護氣體
在焊接過程中用惰性氣體保護金屬熔滴、熔池及焊縫區(qū)的金屬在高溫下免受外界氣體的侵害,我們稱為這些惰性氣體為保護氣體。在焊接工藝中,保護氣體主要有氬氣、氦氣、二氧化碳氣、氮氣等。
1.4 鎢極
鎢極簡單來說就是氣體保護焊用的電極。在使用過程中我們要求鎢極具有以下特性:電流容量大、引弧性好、穩(wěn)弧性好、施焊損失小。按照其化學成分分類,鎢極可以分為鎢電極、釔鎢電極、鋯鎢電極、鈰鎢電極、釷鎢電極、鑭鎢電極及復合電極等。
1.5 焊條
我們將電焊或氣焊時熔化填充在焊接工件的接合處的金屬條稱之為焊條,它是將藥皮均勻的壓涂在金屬焊芯上,所以焊條由藥皮及焊芯兩部分構成。藥皮在焊接過程中可以分解熔化后形成氣體和熔渣,它的作用是對焊縫起到機械保護、冶金處理及改善其工藝性能。焊芯可以傳導焊接電流,產生電弧可以把電能轉換成熱能,同時焊芯本身熔化作為填充金屬與液體母材金屬熔合形成焊縫。焊芯成分直接影響著焊縫金屬的成分和性能,所以焊芯中的有害元素要盡量少。按照焊條藥皮的主要化學成分可以將電焊條分為:氧化鈦型焊條、鈦鐵礦型焊條、氧化鈦鈣型焊條、纖維素型焊條、氧化鐵型焊條、低氫型焊條、鹽基型焊條及石墨型焊條。按照焊條的用途可以將電焊條分為結構鋼焊條、耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條、鎳和鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、堆焊焊條、鋁及鋁合金焊條以及特殊用途焊條。
按照焊條藥皮熔化后熔渣的特性進行分類,可將電焊條分為堿性焊條和酸性焊條。
2 焊條電弧焊
焊條電弧焊是我們工業(yè)生產中應用最為廣泛的一種焊接方
法,其原理是利用電弧燃燒所產生的熱量將焊條與工件相互融化后,冷凝形成焊縫,從而獲得良好接頭質量的焊接工藝。焊條電弧焊的設備和工具包括焊機、電焊鉗、焊接電纜、防護手套及面罩等。
焊機可分為交流弧焊機和直流弧焊機。直流弧焊機與交流弧焊機相比,具有焊條適應性強、電弧穩(wěn)定等優(yōu)點,不過直流弧焊機成本較高,制造維修比較復雜,重量也較重。但由于優(yōu)點明顯,所以直流弧焊機具有更大的發(fā)展前途。電焊鉗是夾持焊條并傳到焊接電流的操作器具,我們要求電焊鉗前段可以以任意角度夾緊焊條并導電良好,而手持端應具有可靠的絕緣及良好的耐熱性能。焊接電纜應根據焊機容量選取適當的電纜截面,但都要采用橡皮絕緣的多股軟電纜。防護手套、面罩、護腳、平光鏡等主要是起到保護操作工人人身安全作用。
3 CO2氣體保護焊
CO2氣體保護焊簡稱CO2焊,其采用CO2氣體作為焊接時隔絕空氣的保護氣體,用來保護熔池不受外界因素影響。
CO2氣體保護焊可分為自動CO2氣體保護焊和半自動CO2氣體保護焊。自動CO2氣體保護焊是指在焊接過程中,引弧、送絲、移絲和滅弧全部由機械自動完成。如果將其中的移絲動作由操作人員手工操作完成,則稱為半自動CO2氣體保護焊。
CO2氣體保護焊具有生產效率高、焊接成本低、能耗少、焊接變形小、抗銹能力強、機動靈活、操作簡單、適用范圍廣等特點,但CO2氣體保護焊有一個較大缺點,即焊接過程中產生金屬飛濺。
4 等離子弧焊
利用等離子弧作為熱源的焊接方法我們稱為等離子弧焊。等離子弧是利用等離子槍將陽極和陰極之間的自由電弧進行強迫壓縮,使之獲得能量集中截面積小的電弧(即等離子弧)。
等離子弧焊所用電極一般為鎢極,有時還需填充金屬焊絲,采用直流正接法。根據電源的供電方式,等離子弧可分為轉移型等離子弧、非轉移型等離子弧和聯合型等離子弧。根據焊縫的成形原理,等離子弧焊方法可分為穿透型等離子弧焊、微束等離子弧焊和熔透型等離子弧焊。
由上述可知,現代金屬加工工藝的發(fā)展對新工藝手段的需求也促使了焊接技術的完善和創(chuàng)新。另一方面,在焊接過程中,在焊接熱量的作用下,金屬也會發(fā)生相應的變化,這也滿足了當代金屬加工過程中對新的工藝表現的需求。所以今天的焊接不單單是連接不同金屬的一般工藝,可以而且正在被作為一種獨特的藝術表現語言而著力加以表現。
參考文獻:
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