金屬技術(shù)論文2000字
金屬技術(shù)論文2000字
金屬(High Purity Metals)是現(xiàn)代多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)物。下面是小編為大家精心推薦的金屬技術(shù)論文2000字，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>
金屬技術(shù)論文2000字篇一
論高純金屬分析技術(shù)
[摘 要]高純金屬(High Purity Metals)是現(xiàn)代多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)物。隨著半導(dǎo)體技術(shù)、宇航、無(wú)線(xiàn)電科技等的發(fā)展，對(duì)金屬純度要求越來(lái)越高，也大大促進(jìn)了高純金屬生產(chǎn)的發(fā)展。因?yàn)樵诮饘傥茨苓_(dá)到一定純度的情況下，金屬特性往往會(huì)被雜質(zhì)所掩蓋，所以高純金屬分析提純時(shí)選用何種技術(shù)方法，是影響高純金屬分析結(jié)果的關(guān)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(xué)提純等方法，旨在與廣大從事分析行業(yè)人員共同學(xué)習(xí)，以提高高純金屬分析水平。
[關(guān)鍵詞]高純金屬;分析;純度
中圖分類(lèi)號(hào)：TF802.4+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：2306-1499(2014)13-0186-01
1.高純金屬的概念
金屬的純度是相對(duì)雜質(zhì)而言的，所有的金屬都不能達(dá)到絕對(duì)純，“高純”具有相對(duì)的含義，是指技術(shù)上達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。高純金屬的雜質(zhì)級(jí)別為：ppm級(jí)(百萬(wàn)分之幾)。隨著提純技術(shù)和檢測(cè)水平的提高，金屬的純度在不斷提高，超純半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)達(dá)ppb級(jí)(十億分之幾)，并逐步發(fā)展到ppt級(jí)(一萬(wàn)億分之幾)。實(shí)際上純度以幾個(gè)“9”(N)來(lái)表示(如雜質(zhì)總含量為百萬(wàn)分之一，即稱(chēng)為6個(gè)“9”或6N)，是不完整概念，如電子器件用的超純硅以金屬雜質(zhì)計(jì)算，其純度相當(dāng)于9個(gè)“9”，但如計(jì)入碳，則可能不到6個(gè)“9”。“超純”的相對(duì)名詞是指“雜質(zhì)”，廣義的雜質(zhì)是指化學(xué)雜質(zhì)(元素)及“物理雜質(zhì)”(晶體缺陷)，后者是指位錯(cuò)及空位等，而化學(xué)雜質(zhì)是指基體以外的原子以代位或填隙等形式摻入。但只當(dāng)金屬純度達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)(如純度9N以上的金屬)，物理雜質(zhì)的概念才是有意義的，因此目前工業(yè)生產(chǎn)的金屬仍是以化學(xué)雜質(zhì)的含量作為標(biāo)準(zhǔn)，即以金屬中雜質(zhì)總含量為百萬(wàn)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(lái)表示，如“光譜純”、“電子級(jí)純”等;一種是以某種特征來(lái)表示，例如半導(dǎo)體材料用載流子濃度，即一立方厘米的基體元素中起導(dǎo)電作用的雜質(zhì)個(gè)數(shù)(原子/cm2)來(lái)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(jié)晶、擴(kuò)散、電遷移等物理過(guò)程除去雜質(zhì)的方法。物理方法多采用真空技術(shù)。一些稀有金屬的吸氣性很強(qiáng)，更需要在高真空和超高真空中(10-8～10-10托以上)進(jìn)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(diǎn)是提純精度高，在半導(dǎo)體領(lǐng)域產(chǎn)品純度可高達(dá)6～9個(gè)“9”。一般金屬中雜質(zhì)分為兩類(lèi)：一類(lèi)是使金屬熔點(diǎn)降低的;另一類(lèi)是使金屬熔點(diǎn)升高的。根據(jù)分配定律知，在溶質(zhì)濃度極小時(shí)，溶質(zhì)在液固兩相平衡濃度之比為常數(shù)，記為K0。在液態(tài)金屬凝固過(guò)程中，雜質(zhì)將發(fā)生偏析，對(duì)于K0<1的雜質(zhì)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(zhì)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(duì)K0>1的雜質(zhì)則剛好相反。當(dāng)一個(gè)狹窄的熔區(qū)沿一個(gè)金屬料錠，由一端向另一端移動(dòng)時(shí)，其中K0<1的雜質(zhì)，將隨熔區(qū)前進(jìn)的方向移動(dòng)，而K0>1的雜質(zhì)，將隨熔區(qū)前進(jìn)的反方向移動(dòng)，這樣經(jīng)過(guò)多次以后，金屬中的兩類(lèi)雜質(zhì)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(wú)坩堝懸浮區(qū)熔單晶法，前者適用于教低熔點(diǎn)的金屬，后者可用于高熔點(diǎn)金屬。
(3)真空蒸餾，利用金屬和雜質(zhì)的飽和蒸汽壓和揮發(fā)速度的差別在揮發(fā)或冷凝過(guò)程中除雜質(zhì)的方法，以前主要用于熔點(diǎn)不太高的金屬，如鎂、鈣、鋅等的提純，隨著無(wú)坩堝蒸餾技術(shù)的應(yīng)用，以擴(kuò)展到較高熔點(diǎn)的金屬如鈷、鎳、釩等的提純。
(4)電遷移法，利用金屬和雜質(zhì)在電場(chǎng)作用下往一定方向遷移或擴(kuò)散的速度差別以分離雜質(zhì)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(chǎng)提純，利用電磁場(chǎng)強(qiáng)化金屬熔體的攪拌作用，獲得均勻的結(jié)構(gòu)缺陷分布和細(xì)化晶粒的方法。電磁場(chǎng)可以完全消去溫度波動(dòng)和雜質(zhì)的層狀分布。常用于化學(xué)活性強(qiáng)的金屬和難熔金屬的提純。
3.化學(xué)提純方法
(1) 電感耦合高頻等離子體質(zhì)譜法( ICP-MS) ，我國(guó)在20 世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始研究?？梢哉f(shuō)在近十年的飛速發(fā)展中，該技術(shù)與不同的樣品前處理及富集技術(shù)相結(jié)合成為現(xiàn)今痕量、超痕量貴金屬分析領(lǐng)域最強(qiáng)有力的工具。用同位素稀釋法測(cè)定回收率低的元素，已成為高純金屬多元素測(cè)定最有潛力的方法之一。 ICP-MS 測(cè)定貴金屬元素時(shí)，選擇恰當(dāng)?shù)拇郎y(cè)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(yán)重，氧化物干擾比其他多原子干擾嚴(yán)重。因此，選擇同位素總的原則是： 若無(wú)干擾，選擇豐度最高的同位素進(jìn)行測(cè)定;如果干擾小，可用干擾元素進(jìn)行校正;如果干擾嚴(yán)重，則選擇豐度較低的沒(méi)有干擾的同位素進(jìn)行測(cè)定。獲取待測(cè)元素結(jié)果常用的方法有：外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法、標(biāo)準(zhǔn)加入法和同位素稀釋法。
外標(biāo)法適合于溶液成分簡(jiǎn)單的條件實(shí)驗(yàn)。內(nèi)標(biāo)法能在一定程度上克服基體效應(yīng)，是常用的方法。標(biāo)準(zhǔn)加入法的優(yōu)點(diǎn)是基體匹配，結(jié)果準(zhǔn)確，但費(fèi)時(shí)費(fèi)錢(qián)。同位素稀釋法不受回收率影響，能克服基體效應(yīng)，是很精確的方法。采用同位素稀釋法的關(guān)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(cè)定。總之，條件實(shí)驗(yàn)用外標(biāo)法;分析實(shí)際樣品時(shí)，用內(nèi)標(biāo)法測(cè)Rh 和Au 。其余貴金屬元素用同位素稀釋法;回收率測(cè)試用標(biāo)準(zhǔn)加入法。多數(shù)情況下，等離子體質(zhì)譜法采用溶液進(jìn)樣。激光燒蝕樣品技術(shù)大大減少了樣品前處理的時(shí)間 。但是，固樣進(jìn)樣基體影響嚴(yán)重，貴金屬同位素不能達(dá)到平衡，所以該法一般用于快速分析或成分簡(jiǎn)單、貴金屬分布均一的樣品。此外，利用流動(dòng)注射進(jìn)樣，可以克服ICP-MS 要求可溶性固體含量低的缺點(diǎn)，還能克服基體效應(yīng)，將越來(lái)越引起關(guān)注。
(2)中子活化分析法(NAA)，中子活化分析的靈敏度高，準(zhǔn)確度好，污染少，適用于高純金屬、地質(zhì)樣品、宇宙物質(zhì)液體、固體等各類(lèi)樣品中超痕量金屬的測(cè)定。特別是NAA 的無(wú)損分析特性消除了多數(shù)其它痕量分析方法中可能破壞溯源鏈的最危險(xiǎn)的環(huán)節(jié)――樣品制備和溶解過(guò)程中可能帶來(lái)的待測(cè)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(wú)需定量分離，因此由樣品處理引起的污染和丟失危險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(nèi)測(cè)定周期表中的大部分元素。NAA是目前唯一能夠同時(shí)測(cè)定Cl，Br，I的最有效方法。為克服基體效應(yīng)，進(jìn)行預(yù)富集與放化分離常常是需要的。海洋沉積物和結(jié)核經(jīng)锍試金分解后，試金扣中的貴金屬元素用NAA測(cè)定，結(jié)果令人滿(mǎn)意。對(duì)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(zhì)譜法媲美。用锍試金-中子活化和等離子質(zhì)譜分析地質(zhì)樣品中鉑族元素，發(fā)現(xiàn)用中子活化分析Ir 的檢出限高十倍，其余的比等離子質(zhì)譜低，兩種方法可以互補(bǔ) 。但是核輻射對(duì)人體有害，且需要小型反應(yīng)堆，設(shè)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(xué)法和物理法相結(jié)合和合理運(yùn)用，才能得到令人滿(mǎn)意的結(jié)果。
參考文獻(xiàn)
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金屬技術(shù)論文2000字篇二
金屬的焊接技術(shù)
摘要: 介紹焊接技術(shù)的相關(guān)知識(shí)、原理及分類(lèi)。
關(guān)鍵詞: 金屬;焊接技術(shù);等離子弧焊
材料的性能是零件設(shè)計(jì)中選材的主要依據(jù),也是技術(shù)工人在加工過(guò)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(xué)性能、力學(xué)性能及加工工藝性能。物理性能是指金屬材料在各種物理?xiàng)l件作用下所表現(xiàn)出的各種性能,主要包括熔點(diǎn)、密度、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、磁性等?；瘜W(xué)性能是指金屬材料在室溫或高溫下抵抗外界介質(zhì)化學(xué)侵蝕的能力,主要包括抗氧化性和耐腐蝕性。力學(xué)性能是指金屬材料在承受機(jī)械載荷而不超過(guò)許可變形或不被破壞的能力,主要包括強(qiáng)度、沖擊韌性、塑性、疲勞強(qiáng)度、硬度等。工藝性能是指金屬材料對(duì)不同加工工藝方法的適應(yīng)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(zhì)量焊接接頭的難易程度,也就是對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。
隨著金屬的更多的應(yīng)用,焊接技術(shù)也應(yīng)時(shí)而現(xiàn),像中國(guó)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(shí)就是銅與鐵的鑄焊件,在鐵刃銅鉞的表面,鐵與銅的熔合線(xiàn)雖然蜿蜒曲折,但接合良好。我們?cè)诳脊胚^(guò)程中發(fā)現(xiàn)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的曾侯乙墓中,有許多的盤(pán)龍盤(pán)旋在其建鼓銅座上,這是由分段釬焊連接而成的。同時(shí)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期制造的刀、劍等,刀背為熟鐵,刀刃為鋼,這是經(jīng)過(guò)加熱鍛焊而成的。又如傳說(shuō)中的世界三大名刀之一大馬士革刀在中世紀(jì)也曾用過(guò)鍛焊工藝。
目前金屬焊接方法的種類(lèi)很多,按照焊接過(guò)程的特點(diǎn)區(qū)分,可以分為熔焊、壓焊和釬焊三大類(lèi)。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(kuò)散焊等。釬焊可分為烙鐵釬焊、火焰釬焊、爐中釬焊、感應(yīng)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(shí)不用填充金屬材料)置于焊件的接合處進(jìn)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(jié)合面接觸緊密而產(chǎn)生結(jié)合作用,從而使焊件連接在一起。釬焊與熔焊相似,但本質(zhì)上有一定不同,它是采用的釬料是比母材熔點(diǎn)低的金屬材料,焊件和釬料加熱溫度是低于母材熔點(diǎn)而高于釬料熔點(diǎn)的溫度,使液態(tài)得釬料潤(rùn)濕母材,填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)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(hù)焊,氧氣-乙炔焊,等離子弧焊,電阻焊等。
1 焊接材料
焊接時(shí)所消耗材料通稱(chēng)為焊接材料,比如焊劑、焊絲、保護(hù)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(jié)焊劑和燒結(jié)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(jīng)過(guò)篩選、加熱去濕,再與進(jìn)過(guò)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(guò)程中作為填充金屬或同時(shí)作為導(dǎo)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(hù)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(shí)芯焊絲(藥芯焊絲又分為自保護(hù)焊絲和氣保護(hù)焊絲);按照被焊的材料性質(zhì)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(hù)氣體
在焊接過(guò)程中用惰性氣體保護(hù)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(chēng)為這些惰性氣體為保護(hù)氣體。在焊接工藝中,保護(hù)氣體主要有氬氣、氦氣、二氧化碳?xì)?、氮?dú)獾取?/p>
1.4 鎢極
鎢極簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是氣體保護(hù)焊用的電極。在使用過(guò)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(xué)成分分類(lèi),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(fù)合電極等。
1.5 焊條
我們將電焊或氣焊時(shí)熔化填充在焊接工件的接合處的金屬條稱(chēng)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(gòu)成。藥皮在焊接過(guò)程中可以分解熔化后形成氣體和熔渣,它的作用是對(duì)焊縫起到機(jī)械保護(hù)、冶金處理及改善其工藝性能。焊芯可以傳導(dǎo)焊接電流,產(chǎn)生電弧可以把電能轉(zhuǎn)換成熱能,同時(shí)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(xué)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(jié)構(gòu)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(jìn)行分類(lèi),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(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種焊接方
法,其原理是利用電弧燃燒所產(chǎn)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(zhì)量的焊接工藝。焊條電弧焊的設(shè)備和工具包括焊機(jī)、電焊鉗、焊接電纜、防護(hù)手套及面罩等。
焊機(jī)可分為交流弧焊機(jī)和直流弧焊機(jī)。直流弧焊機(jī)與交流弧焊機(jī)相比,具有焊條適應(yīng)性強(qiáng)、電弧穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),不過(guò)直流弧焊機(jī)成本較高,制造維修比較復(fù)雜,重量也較重。但由于優(yōu)點(diǎn)明顯,所以直流弧焊機(jī)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(dǎo)電良好,而手持端應(yīng)具有可靠的絕緣及良好的耐熱性能。焊接電纜應(yīng)根據(jù)焊機(jī)容量選取適當(dāng)?shù)碾娎|截面,但都要采用橡皮絕緣的多股軟電纜。防護(hù)手套、面罩、護(hù)腳、平光鏡等主要是起到保護(hù)操作工人人身安全作用。
3 CO2氣體保護(hù)焊
CO2氣體保護(hù)焊簡(jiǎn)稱(chēng)CO2焊,其采用CO2氣體作為焊接時(shí)隔絕空氣的保護(hù)氣體,用來(lái)保護(hù)熔池不受外界因素影響。
CO2氣體保護(hù)焊可分為自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊和半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊。自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊是指在焊接過(guò)程中,引弧、送絲、移絲和滅弧全部由機(jī)械自動(dòng)完成。如果將其中的移絲動(dòng)作由操作人員手工操作完成,則稱(chēng)為半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊。
CO2氣體保護(hù)焊具有生產(chǎn)效率高、焊接成本低、能耗少、焊接變形小、抗銹能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活、操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣等特點(diǎn),但CO2氣體保護(hù)焊有一個(gè)較大缺點(diǎn),即焊接過(guò)程中產(chǎn)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(chēng)為等離子弧焊。等離子弧是利用等離子槍將陽(yáng)極和陰極之間的自由電弧進(jìn)行強(qiáng)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(shí)還需填充金屬焊絲,采用直流正接法。根據(jù)電源的供電方式,等離子弧可分為轉(zhuǎn)移型等離子弧、非轉(zhuǎn)移型等離子弧和聯(lián)合型等離子弧。根據(jù)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(xiàn)代金屬加工工藝的發(fā)展對(duì)新工藝手段的需求也促使了焊接技術(shù)的完善和創(chuàng)新。另一方面,在焊接過(guò)程中,在焊接熱量的作用下,金屬也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化,這也滿(mǎn)足了當(dāng)代金屬加工過(guò)程中對(duì)新的工藝表現(xiàn)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(dú)特的藝術(shù)表現(xiàn)語(yǔ)言而著力加以表現(xiàn)。
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