用單一鎢粒測定電解金屬錳中的碳和硫

鎢粒主要應用於碳硫分析儀對各種鋼鐵材料中碳和硫兩種元素的測定。使用單一鎢粒作為助熔劑是另一種更為簡單卻不失準確性的測定方法。金屬錳是一種銀白色金屬,質地堅硬,容易在升溫時氧化。在大自然中,金屬錳是分佈很廣的元素之一,大約占地殼總原子數的萬分之三。電解金屬錳具有很高的純度,它可以增加合金屬材料的硬度。電解金屬錳的生產企業主要集中在中國和南非。

傳統方法在測定金屬錳中的碳和硫的含量中,助熔劑的選擇一般是以下3種:第一種是純鐵和鎢粒,第二種是錫粒和鎢粒,第三種是純鐵加鎢粒再加上錫粒。操作員在運用這三中助熔劑進行操作時,針對助熔劑的加入量不能得到很好的控制。如果加入量過多會導致試樣在燃燒時容易飛濺或者產生灰塵。如果加入量過少,會造成燃燒不充分,兩者都會對分析結果造成一定的影響。

使用單一鎢粒,選取金屬錳標樣進行3-5次的測定,得到的分析結果重複性較好,減小誤差。選擇一個普通極和一個高級電解金屬錳試樣,稱取0.35g左右金屬錳標本均勻置於坩堝中,並且均勻覆蓋1.5g左右的鎢粒進行分析測定,得出的相對標準差均小於5%。說明用單一鎢粒作為助熔劑測量電解錳的碳硫含量的結果具有很高的精密度。

採用單一鎢粒作為助熔劑來測定電解錳中的碳硫含量不僅降低了可試樣分析的成本,而且操作方法簡單快速,大大提高了工作效率。

鎢粒

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碳硫分析儀的工作原理

碳硫分析儀是具備世界領先水準的高科技產品,在對碳硫元素進行定量分析時具有很高的準確性和寬廣的測量範圍。碳硫分析儀在測定碳硫含量時,常用鎢粒作為助溶劑,來進一步提高分析儀的測定結果。操作員在進行碳硫含量測定時應該理解分析儀的工作原理,從而減少操作過程中不必要的失誤,使碳硫分析儀處於最佳工作狀態。以下將對碳硫分析儀的工作原理進行簡要介紹。

首先要淨化氧氣,然後導入電阻爐或高頻爐,樣品需要在燃燒爐高溫的條件下進行通氧氧化,使得樣品中的碳和硫氧化為二氧化碳、一氧化碳和二氧化硫,所生成的氧化物通過除塵和除水淨化裝置後被氧氣載入到硫檢測池測定硫。此後,將混合著二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫和氧氣的氣體一併進入到加熱的催化劑爐中。在催化劑爐中將一氧化碳催化轉換二氧化碳,二氧化硫催化轉換為三氧化硫。這種混合氣體進入到除硫試劑管後,導入碳檢測池測定碳含量。鎢粒作為優質的添加劑,在分析儀盧內的溫度650℃時會有利於二氧化碳和二氧化硫的釋放,使其充分反應,提高測定結果準確度。

殘餘氣體將由分析器排放到室外。主機的液晶顯示幕上會以%C和%S的形式顯示碳和硫的分析結果,並且會將資料並儲存在電腦裡,這樣可以方便查找資料和列印測定結果。

碳硫分析儀

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摻雜對鎢銅觸頭性能的影響

鎢銅觸頭又被稱作鎢銅觸點,其是一些高壓、高載荷電器斷路器中的關鍵元件,主要是對電流起著接通和分斷的作用,它的穩定性直接影響了電器整體運行的可靠性以及使用壽命。而鎢銅材料是由W和Cu兩相均勻分佈的既不固溶又不會形成化合物的複合材料,其在具有W高密度、高熔點、高強度、優良的抗電蝕能力以及抗熔焊能力的同時,還具有Cu良好的導電導熱率、可塑性極佳、易於加工等優點。不過其中最大的優勢在於鎢銅材料中是一種特殊的發汗熱沉材料,其中的Cu在電弧高溫下蒸發可吸收大量的電弧能量並有效降低電弧溫度,從而達到改善使用條件和降低電蝕作用的效果。隨著電網市場的飛速發展,高壓開關設備逐漸向著高電壓、大容量、小型化的方向發展,而相應的斷路器容量也就不斷增大,滅弧室空間逐漸縮小,這就使得觸頭單位面積上所承擔的負荷增大,對鎢銅觸頭材料性能有了更高的要求。

以W80-Cu20鎢銅觸頭為例,分別添加0.3%B硼,2.0%Nb鈮,1.5%Ce鈰,利用高速攝影捕捉不用鎢銅觸頭材料在高電壓與大電流共同作用下的引弧、燃弧以及滅弧的過程,並計算各個階段所消耗的時間,同時利用示波器記錄放電時的截流值。通過觀察可以發現添加了B和Nb元素的鎢銅觸頭起弧時間約為未添加任何元素的W80-Cu20觸頭的1.5倍。此外,未摻雜元素的鎢銅觸頭穩定燃燒時,弧根寬度較小、等離子雲體積最小,顏色最深,這就說明了其電弧等離子雲電子密度大而使得電離層溫度升高;而摻雜其他元素的觸頭材料的弧根寬度較大,鋪散面積大,電子的運動區域也較大,說明了摻雜元素可以起到分散電弧的作用。綜上所述,摻雜元素的鎢銅觸頭形弧時間更長,截流值較小,其能有效分散電弧,使其能量分散。

之後再進行抗電弧燒蝕試驗,在惰性氣體保護下進行氬弧焊、等離子切割,期間選取同樣的工作電壓和電流,每隔一定時間對觸頭的燒蝕品質損失進行稱量,並採用掃描電鏡對燒蝕後表面形貌進行觀察。通過資料分析可以發現未添加任何組元的鎢銅觸頭的燒蝕量最大,而摻雜一定比例的不同組元的觸頭燒蝕量都有明顯的減少。這是由於未添加元素的鎢銅觸頭,電擊穿發生在富Cu區,電弧在該區域聚集並發生局部溶化,從而引起銅液的飛濺;而加入B和Nb元素後改善了銅相的分佈,使銅相分佈細小而均勻,在燃弧過程中電弧不會發生在富Cu區,而是均勻分佈在材料表面,從而有效避免了電弧能量集中、局部燒蝕而導致觸頭材料的失效。另外,NB與W還能形成連續固溶體,起到固溶強化的作用,從而提高W在高溫下的強度,且W-Nb合金在所有鎢基合金中具有最好的強度、塑性配合和抗氧化性能。

鎢銅觸頭

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碳硫分析儀的維護

在對鋼鐵材料中的碳硫元素作定量分析時,主要運用的儀器就是碳硫分析儀。它是一種常用的分析儀器,還適用於工業產品高溫,低溫的可靠性試驗。而鎢粒在碳硫分析中是不可缺少的助熔劑。鎢粒的助熔效果可以提高碳硫分析儀的準確性。但是由於碳硫分析儀器在長時間的工作下會積累很多的沉積物,這樣就會降低測定結果的穩定性。因此,使用者應該隨時檢查碳硫分析儀器的工作狀態,並且定期對碳硫分析儀器進行維護和保養。

以下是使用者在維護過程中需要注意的細節:1.每天清理電弧爐裡的灰塵,要對爐體內和除塵器內進行仔細的清理,如果發現除塵紙有破損現象應立即更換,切記不能用餐巾紙或者其它紙代替。2.量氣筒和滴定管上面的兩根電極無論在什麼情況下都不能接觸到,否則碳硫分析儀器的程式就不能正常運行。3.滴定管上面的橡膠塞必須要開一個槽口來確保滴定液能加進去。4.將矽油加在感測器上可以保護感測器避免腐蝕。5.應該將碳硫分析儀放在平穩和乾燥的地方。6.在停止工作時要記得關閉氧氣總閥和儀器電源。讓儀器有休息的時間,這樣不僅可以延長儀器的使用週期還能節約能源,保護環境。7.鎢粒作為分析儀器常用的助熔劑,在對鎢粒的品質上應該嚴格把關,避免在分析過程中產生不必要的問題。8.及時清理沒有得到完全反應的鎢粒殘留物。

碳硫分析儀

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鎢青銅和抗遲滯驅動方法工作原理

現在應用最廣的是以機械串聯、電學並聯方式極化而成的多層壓電陶瓷驅動器。當在驅動器上施加恒定壓力時,其壓電方程可以表示為:△L-Nd33V。式中,N為陶瓷疊層數;d33為壓電常數;V為所加的電壓;△L為沿厚度方向所產生的位移。
 
圖1為鎢青銅系列壓電陶瓷驅動器在開環控制下實際測量得到的壓電陶瓷電壓-位移曲線,從中可以看出,當電壓從最大值開始減小時,其位移不是從上升的位移曲線返回,而是出現了較大的位移滯後,特別是在50V的控制電壓下,相同輸入電壓對應的位移滯後已經達到0.231μm。
 
這種電壓-位移間的滯後關係就是壓電陶瓷驅動器的遲滯特性。這是因為,只有當材料是單晶單疇狀態且處於弱電場時,d才為常數。但是對於由多晶體構成的壓電陶瓷材料來說,由於其組成晶體存在著大量的電疇,當存在強電場作用時,電疇的轉向運動使得d不再是常數,而成為了隨電場強度E變化的函數。這樣,驅動器所產生的位移量不僅與電壓有關,並且還與變化的壓電常數有關。當電疇處於轉角為180°的狀態時,當其反轉時$驅動器不會產生位移滯後現象;但是當電疇處於轉角為90°的狀態時,當電壓下降時,90°疇的反轉就會使驅動器在平行或垂直於電場方向上的位移量成非線性增加,而這也就導致壓電陶瓷驅動器出現電壓-位移遲滯現象。
 
根據以上的原理分析可得,非180°電疇的存在直接導致了壓電陶瓷遲滯特性的形成。為了改善這部分電疇的工作狀態,我們考慮在控制時使驅動電壓的改變不再是單一的上升或下降,而是通過在目標電壓附近的高頻往復振動,再達到目標電壓值。這樣即可以使電疇的轉向不再按照單一的規律變化,而成為多次的往復轉向,使它盡可能接近180°電疇的特性,從而達到降低遲滯的作用。根據以上分析,我們設計了如圖2所示的“抗遲滯”驅動方式,並編寫了相應的控制軟體,作了大量的實驗。

驅動器遲滯曲線圖
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