Твердохлебова С.В.

Днепропетровский национальный университет. Днепропетровск. Украина.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КВАЗИКРИСТАЛЛОВ

Обычно качество материала определяют количественной характеристикой, в частности массовой долей контролируемого элемента. В настоящее время для установления химического состава веществ широкое распространение получили рентгенофлуоресцентные методы анализа (РФА), благодаря диапазону определяемых концентраций от 1×10^×4 % до 100 % при точности, удовлетворяющей регламентируемым нормам. Однако, ординарные лаборатории снабжены РФ спектрометрами типа VRA, позволяющими анализировать элементы с порядковым номером Z >11. Причем, анализ легких элементов от магния с Z=12 до Ti с Z=22 проводят в инертной атмосфере. Вышеперечисленное ограничение по порядковому номеру элемента предопределило привлечение другого аналитического метода, в частности оптического атомно-эмиссионного спектрального анализа (ОАЭСА).

Целью настоящей работы явилась разработка методик ОАЭСА для контроля качества квазикристаллов системы Al-Cu-Fe.

При анализе квазикристаллов РФ метод был использован в качестве базового классического. Рабочим методом для анализа сплавов с квазикристаллической структурой был ОАЭСА. Статистическими показателями аналитического контроля химического состава служили: функция Лапласа вероятностей, Ф(z), достоверность аналитического контроля g_L и выходной уровень дефектности q_b. Функцию Лапласа вероятностей Ф(z), характеризующую вероятность попадания массовой доли элемента в границы поля допуска х₁, х_2, или доверительный интервал, вычисляли по формуле:

Рíх₁£ x£х₂ý = Ф[( х₂-m)/ s_в] - Ф[( х₁-m)/ s_в], (1)

где m-математическое ожидание нормально распределенной случайной величины, в частности массовой доли элемента, s_в–случайная погрешность, характеризующая воспроизводимость результатов спектральных измерений массовой доли элемента. s_в определяли как среднее квадратичное отклонение массовой доли элемента от математического ожидания. Ф[( х₂-m)/ s_в], Ф[( х₁-m)/ s_в] находили по таблицам нормального распределения, благодаря наличию стабильного процесса при выполнении контроля. Выходной уровень дефектности, q_b, или вероятность попадания случайной величины за границы поля допуска, определяли из выражения:

q_b = 2×[0,5-Ф(z)] (2)

Достоверность аналитического контроля, g_L вычисляли как:

g_L =(1-a) · (1-b) (3),

где a, b - ошибки первого и второго рода, соответственно. a и b находили из выражений

a = 1-L(q₀) (4)

b=1-L(q_b) (5),

где L(q₀) --верхний предел оперативной характеристики. представляющей собой зависимость вероятности приемки изделий от уровня дефектности при значении приемочного уровня качества q_0. L(q_b) -верхний предел оперативной характеристики на выходном уровне дефектности q_b.

В основу одной из двух разрабатываемых методик – безэталонной – были положены основные физические закономерности при переносе вещества в электрическом разряде и при его выгорании, так называемый метод К.И.Таганова [1]. Техника выполнения анализа по этому методу включала три этапа: предварительный обжиг, отбор пробы на подставной электрод и сжигание дозированного количества вещества до исчезновения аналитической линии из спектра. Массовую долю С (%) определяемых элементов в исследуемых пробах рассчитывали по формуле:

, (6)

где t-время «жизни» линии в спектре; t - время переноса ; к – коэффициент, зависящий от свойств сплава и природы спектральной линии. В основу второй разрабатываемой методики положен классический метод ОАЭСА с использованием стандартных образцов. Методика базируется на возбуждении атомов анализируемой пробы искровым разрядом между пробой и подставным электродом в атмосфере воздуха, разложении излучения в спектр, регистрации спектра, измерении плотности почернений аналитических линий, пропорциональных их интенсивностям, и последующем определении массовой доли определяемых элементов с помощью градуировочной характеристики. Применение вышеперечисленных методик ОАЭСА предполагает строгое соблюдение традиционных требований к пробоподготовке материала. В таблице 1 приведены аналитические линии и статистические характеристики безэталонной (1) и классической (2) методик ОАЭСА анализа железа и меди в квазикристаллах системы Al-Cu-Fe. Там же приведены стандартные статистические характеристики и показатели для РФА.

Таблица 1

Аналитические линии и статистические характеристики безэталонной (1) и классической (2) методик ОАЭСА анализа железа и меди в квазикристаллах системы Al-Cu-Fe.

Методика	Аналитические линии элементов, нм		Статистические характеристики
	Cu	Fe	F (z), %	qb,%	gL,%
1	Cu1 578,2	Fe1526,95	95,0	5,0	67,0
2	Cu1 282,4	FeП239,94	96,2	3,8	70,5
РФ			97,0	3,0	75,0
Стандарт			95,0-97,0	3,0-5,0	Более56,0

Анализ статистических характеристик, приведенных в табл.1 позволяет заключить, что обе разработанные методики ОАЭСА удовлетворяют требованиям стандарта. Отсюда следует, что разработанные методики ОАЭСА могут быть использованы для определения химического состава квазикристаллов наряду с базовым РФА. При этом достоверность аналитического контроля - порядка 70,0 %.

[1] Таганов К.И. Спектральный анализ металлов и сплавов с предварительным отбором пробы. М.: Металлургия. 1968. 185с.