金属技术论文2000字
金属(High Purity Metals)是现代多种高新技术的综合产物。下面是小编为大家精心推荐的金属技术论文2000字，希望能够对您有所帮助。
金属技术论文2000字篇一
论高纯金属分析技术
[摘 要]高纯金属(High Purity Metals)是现代多种高新技术的综合产物。随着半导体技术、宇航、无线电科技等的发展，对金属纯度要求越来越高，也大大促进了高纯金属生产的发展。因为在金属未能达到一定纯度的情况下，金属特性往往会被杂质所掩盖，所以高纯金属分析提纯时选用何种技术方法，是影响高纯金属分析结果的关键因素。文章介绍了几种高纯金属提纯的方法，包括物理提纯、化学提纯等方法，旨在与广大从事分析行业人员共同学习，以提高高纯金属分析水平。
[关键词]高纯金属;分析;纯度
中图分类号：TF802.4+1 文献标识号：A 文章编号：2306-1499(2014)13-0186-01
1.高纯金属的概念
金属的纯度是相对杂质而言的，所有的金属都不能达到绝对纯，“高纯”具有相对的含义，是指技术上达到的标准。高纯金属的杂质级别为：ppm级(百万分之几)。随着提纯技术和检测水平的提高，金属的纯度在不断提高，超纯半导体材料的杂质达ppb级(十亿分之几)，并逐步发展到ppt级(一万亿分之几)。实际上纯度以几个“9”(N)来表示(如杂质总含量为百万分之一，即称为6个“9”或6N)，是不完整概念，如电子器件用的超纯硅以金属杂质计算，其纯度相当于9个“9”，但如计入碳，则可能不到6个“9”。“超纯”的相对名词是指“杂质”，广义的杂质是指化学杂质(元素)及“物理杂质”(晶体缺陷)，后者是指位错及空位等，而化学杂质是指基体以外的原子以代位或填隙等形式掺入。但只当金属纯度达到很高的标准时(如纯度9N以上的金属)，物理杂质的概念才是有意义的，因此目前工业生产的金属仍是以化学杂质的含量作为标准，即以金属中杂质总含量为百万分之几表示。比较明确的办法有两种：一种是以材料的用途来表示，如“光谱纯”、“电子级纯”等;一种是以某种特征来表示，例如半导体材料用载流子浓度，即一立方厘米的基体元素中起导电作用的杂质个数(原子/cm2)来表示。而金属则可用残余电阻率表示。
2.物理提纯方法
利用蒸发、凝固、结晶、扩散、电迁移等物理过程除去杂质的方法。物理方法多采用真空技术。一些稀有金属的吸气性很强，更需要在高真空和超高真空中(10-8～10-10托以上)进行纯化。提纯方法主要有：
(1)区域熔炼，区熔精炼及其定向凝固法是制取超高纯金属的主要方法之一，其特点是提纯精度高，在半导体领域产品纯度可高达6～9个“9”。一般金属中杂质分为两类：一类是使金属熔点降低的;另一类是使金属熔点升高的。根据分配定律知，在溶质浓度极小时，溶质在液固两相平衡浓度之比为常数，记为K0。在液态金属凝固过程中，杂质将发生偏析，对于K0<1的杂质而言，其在固相中的平衡浓度小于平衡液相的浓度，首先凝固的固相中杂质的含量最少，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;对K0>1的杂质则刚好相反。当一个狭窄的熔区沿一个金属料锭，由一端向另一端移动时，其中K0<1的杂质，将随熔区前进的方向移动，而K0>1的杂质，将随熔区前进的反方向移动，这样经过多次以后，金属中的两类杂质将分别集中在金属料锭的两端，而其余的部分就被纯化。加热方式有高频加热、等离子加热、电子束加热等。
(2)单晶法，包括使用坩埚的提拉法和无坩埚悬浮区熔单晶法，前者适用于教低熔点的金属，后者可用于高熔点金属。
(3)真空蒸馏，利用金属和杂质的饱和蒸汽压和挥发速度的差别在挥发或冷凝过程中除杂质的方法，以前主要用于熔点不太高的金属，如镁、钙、锌等的提纯，随着无坩埚蒸馏技术的应用，以扩展到较高熔点的金属如钴、镍、钒等的提纯。
(4)电迁移法，利用金属和杂质在电场作用下往一定方向迁移或扩散的速度差别以分离杂质的方法，是深度提纯的方法，多用于钒、锆、铪，铌、钽的提纯。
(5)电磁场提纯，利用电磁场强化金属熔体的搅拌作用，获得均匀的结构缺陷分布和细化晶粒的方法。电磁场可以完全消去温度波动和杂质的层状分布。常用于化学活性强的金属和难熔金属的提纯。
3.化学提纯方法
(1) 电感耦合高频等离子体质谱法( ICP-MS) ，我国在20 世纪90年代中后期开始研究。可以说在近十年的飞速发展中，该技术与不同的样品前处理及富集技术相结合成为现今痕量、超痕量贵金属分析领域最强有力的工具。用同位素稀释法测定回收率低的元素，已成为高纯金属多元素测定最有潜力的方法之一。 ICP-MS 测定贵金属元素时，选择恰当的待测元素同位素是很重要的。一般而言，同量异位干扰比多原子干扰严重，氧化物干扰比其他多原子干扰严重。因此，选择同位素总的原则是： 若无干扰，选择丰度最高的同位素进行测定;如果干扰小，可用干扰元素进行校正;如果干扰严重，则选择丰度较低的没有干扰的同位素进行测定。获取待测元素结果常用的方法有：外标法、内标法、标准加入法和同位素稀释法。
外标法适合于溶液成分简单的条件实验。内标法能在一定程度上克服基体效应，是常用的方法。标准加入法的优点是基体匹配，结果准确，但费时费钱。同位素稀释法不受回收率影响，能克服基体效应，是很精确的方法。采用同位素稀释法的关键是同位素平衡，目前的研究表明，高压酸分解或Carioustube 酸溶法是同位素平衡最彻底的方法。但是Au和Rh是单同位素元素，不能用同位素稀释法测定。总之，条件实验用外标法;分析实际样品时，用内标法测Rh 和Au 。其余贵金属元素用同位素稀释法;回收率测试用标准加入法。多数情况下，等离子体质谱法采用溶液进样。激光烧蚀样品技术大大减少了样品前处理的时间 。但是，固样进样基体影响严重，贵金属同位素不能达到平衡，所以该法一般用于快速分析或成分简单、贵金属分布均一的样品。此外，利用流动注射进样，可以克服ICP-MS 要求可溶性固体含量低的缺点，还能克服基体效应，将越来越引起关注。
(2)中子活化分析法(NAA)，中子活化分析的灵敏度高，准确度好，污染少，适用于高纯金属、地质样品、宇宙物质液体、固体等各类样品中超痕量金属的测定。特别是NAA 的无损分析特性消除了多数其它痕量分析方法中可能破坏溯源链的最危险的环节――样品制备和溶解过程中可能带来的待测元素的污染或丢失。由于活化之后的放化操作可以加入载体和反载体以克服“超低浓”行为和无需定量分离，因此由样品处理引起的污染和丢失危险远远低于其它方法。在约1012n・cm- 2・s- 1的通量下，NAA 可在10- 6～10- 9的范围内测定周期表中的大部分元素。NAA是目前唯一能够同时测定Cl，Br，I的最有效方法。为克服基体效应，进行预富集与放化分离常常是需要的。海洋沉积物和结核经锍试金分解后，试金扣中的贵金属元素用NAA测定，结果令人满意。对贵金属而言，用中子活化分析灵敏度最高的是Ir 、Au 和Rh 。该法的检出限很低，可以和等离子体质谱法媲美。用锍试金-中子活化和等离子质谱分析地质样品中铂族元素，发现用中子活化分析Ir 的检出限高十倍，其余的比等离子质谱低，两种方法可以互补 。但是核辐射对人体有害，且需要小型反应堆，设备受到地域限制，使用难以普及。
想要获得高纯度的金属，在不同的情况下，需要采用不同的提纯方法，在一些特殊情况下必须将化学法和物理法相结合和合理运用，才能得到令人满意的结果。
参考文献
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金属技术论文2000字篇二
金属的焊接技术
摘要: 介绍焊接技术的相关知识、原理及分类。
关键词: 金属;焊接技术;等离子弧焊
材料的性能是零件设计中选材的主要依据,也是技术工人在加工过程中合理选择加工方法的重要保证。我们常用的金属材料具有四大性能:即物理性能、化学性能、力学性能及加工工艺性能。物理性能是指金属材料在各种物理条件作用下所表现出的各种性能,主要包括熔点、密度、导电导热性、磁性等。化学性能是指金属材料在室温或高温下抵抗外界介质化学侵蚀的能力,主要包括抗氧化性和耐腐蚀性。力学性能是指金属材料在承受机械载荷而不超过许可变形或不被破坏的能力,主要包括强度、冲击韧性、塑性、疲劳强度、硬度等。工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应性,主要包括焊接性能、锻压性能、铸造性能、热处理性能和切削加工性能。
金属的焊接性能是指金属材料在一定的焊接工艺条件下,能够获得高质量焊接接头的难易程度,也就是对焊接加工的适应性。
随着金属的更多的应用,焊接技术也应时而现,像中国古代就有了锻焊、铸焊和钎焊。例如在商朝,工匠制造出的铁刃铜钺,其实就是铜与铁的铸焊件,在铁刃铜钺的表面,铁与铜的熔合线虽然蜿蜒曲折,但接合良好。我们在考古过程中发现在春秋战国时期的曾侯乙墓中,有许多的盘龙盘旋在其建鼓铜座上,这是由分段钎焊连接而成的。同时战国时期制造的刀、剑等,刀背为熟铁,刀刃为钢,这是经过加热锻焊而成的。又如传说中的世界三大名刀之一大马士革刀在中世纪也曾用过锻焊工艺。
目前金属焊接方法的种类很多,按照焊接过程的特点区分,可以分为熔焊、压焊和钎焊三大类。熔焊可分为:电弧焊、气焊、等离子弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、铝热焊等。压焊可以分为爆炸焊、接触焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、高频焊、真空扩散焊等。钎焊可分为烙铁钎焊、火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、浸渍钎焊、电阻钎焊、特种钎焊等。
熔焊是利用局部热源将填充金属材料(有时不用填充金属材料)置于焊件的接合处进行熔化,不外加压力而使其互相熔合,冷却凝固后而形成牢固的接头。压焊是指焊件不论是否加热,均施加一定压力,使结合面接触紧密而产生结合作用,从而使焊件连接在一起。钎焊与熔焊相似,但本质上有一定不同,它是采用的钎料是比母材熔点低的金属材料,焊件和钎料加热温度是低于母材熔点而高于钎料熔点的温度,使液态得钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。目前我们常用焊接方法有焊条电弧焊,埋弧焊,手工钨极氩弧焊、CO2气体保护焊,氧气-乙炔焊,等离子弧焊,电阻焊等。
1 焊接材料
焊接时所消耗材料通称为焊接材料,比如焊剂、焊丝、保护气体、钨极、焊条等。
1.1 焊剂
焊剂是埋弧焊工艺用的主要焊接材料,按照制造方法可分为熔炼焊剂、粘结焊剂和烧结焊接;按照焊剂中添加合金剂、脱氧剂可分为中性焊剂、活性焊剂和合金焊剂;按照焊剂的酸碱度可分为碱性焊剂、中性焊剂和酸性焊剂。焊剂可回收,但回收后需要经过筛选、加热去湿,再与进过了加热去湿新的焊剂均匀搅拌后使用。
1.2 焊丝
焊丝是指焊接过程中作为填充金属或同时作为导电用的金属丝焊接材料。按照使用的焊接工艺方法可分为埋弧焊用焊丝、电渣焊用焊丝、气焊用焊丝、气体保护焊用焊丝和堆焊用焊丝;按照制造方法不同可分为药芯焊丝和实芯焊丝(药芯焊丝又分为自保护焊丝和气保护焊丝);按照被焊的材料性质可分为不锈钢焊丝、铸铁焊丝、碳钢焊丝、有色金属焊丝和低合金焊丝。
1.3 保护气体
在焊接过程中用惰性气体保护金属熔滴、熔池及焊缝区的金属在高温下免受外界气体的侵害,我们称为这些惰性气体为保护气体。在焊接工艺中,保护气体主要有氩气、氦气、二氧化碳气、氮气等。
1.4 钨极
钨极简单来说就是气体保护焊用的电极。在使用过程中我们要求钨极具有以下特性:电流容量大、引弧性好、稳弧性好、施焊损失小。按照其化学成分分类,钨极可以分为钨电极、钇钨电极、锆钨电极、铈钨电极、钍钨电极、镧钨电极及复合电极等。
1.5 焊条
我们将电焊或气焊时熔化填充在焊接工件的接合处的金属条称之为焊条,它是将药皮均匀的压涂在金属焊芯上,所以焊条由药皮及焊芯两部分构成。药皮在焊接过程中可以分解熔化后形成气体和熔渣,它的作用是对焊缝起到机械保护、冶金处理及改善其工艺性能。焊芯可以传导焊接电流,产生电弧可以把电能转换成热能,同时焊芯本身熔化作为填充金属与液体母材金属熔合形成焊缝。焊芯成分直接影响着焊缝金属的成分和性能,所以焊芯中的有害元素要尽量少。按照焊条药皮的主要化学成分可以将电焊条分为:氧化钛型焊条、钛铁矿型焊条、氧化钛钙型焊条、纤维素型焊条、氧化铁型焊条、低氢型焊条、盐基型焊条及石墨型焊条。按照焊条的用途可以将电焊条分为结构钢焊条、耐热钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、镍和镍合金焊条、铜及铜合金焊条、堆焊焊条、铝及铝合金焊条以及特殊用途焊条。
按照焊条药皮熔化后熔渣的特性进行分类,可将电焊条分为碱性焊条和酸性焊条。
2 焊条电弧焊
焊条电弧焊是我们工业生产中应用最为广泛的一种焊接方
法,其原理是利用电弧燃烧所产生的热量将焊条与工件相互融化后,冷凝形成焊缝,从而获得良好接头质量的焊接工艺。焊条电弧焊的设备和工具包括焊机、电焊钳、焊接电缆、防护手套及面罩等。
焊机可分为交流弧焊机和直流弧焊机。直流弧焊机与交流弧焊机相比,具有焊条适应性强、电弧稳定等优点,不过直流弧焊机成本较高,制造维修比较复杂,重量也较重。但由于优点明显,所以直流弧焊机具有更大的发展前途。电焊钳是夹持焊条并传到焊接电流的操作器具,我们要求电焊钳前段可以以任意角度夹紧焊条并导电良好,而手持端应具有可靠的绝缘及良好的耐热性能。焊接电缆应根据焊机容量选取适当的电缆截面,但都要采用橡皮绝缘的多股软电缆。防护手套、面罩、护脚、平光镜等主要是起到保护操作工人人身安全作用。
3 CO2气体保护焊
CO2气体保护焊简称CO2焊,其采用CO2气体作为焊接时隔绝空气的保护气体,用来保护熔池不受外界因素影响。
CO2气体保护焊可分为自动CO2气体保护焊和半自动CO2气体保护焊。自动CO2气体保护焊是指在焊接过程中,引弧、送丝、移丝和灭弧全部由机械自动完成。如果将其中的移丝动作由操作人员手工操作完成,则称为半自动CO2气体保护焊。
CO2气体保护焊具有生产效率高、焊接成本低、能耗少、焊接变形小、抗锈能力强、机动灵活、操作简单、适用范围广等特点,但CO2气体保护焊有一个较大缺点,即焊接过程中产生金属飞溅。
4 等离子弧焊
利用等离子弧作为热源的焊接方法我们称为等离子弧焊。等离子弧是利用等离子枪将阳极和阴极之间的自由电弧进行强迫压缩,使之获得能量集中截面积小的电弧(即等离子弧)。
等离子弧焊所用电极一般为钨极,有时还需填充金属焊丝,采用直流正接法。根据电源的供电方式,等离子弧可分为转移型等离子弧、非转移型等离子弧和联合型等离子弧。根据焊缝的成形原理,等离子弧焊方法可分为穿透型等离子弧焊、微束等离子弧焊和熔透型等离子弧焊。
由上述可知,现代金属加工工艺的发展对新工艺手段的需求也促使了焊接技术的完善和创新。另一方面,在焊接过程中,在焊接热量的作用下,金属也会发生相应的变化,这也满足了当代金属加工过程中对新的工艺表现的需求。所以今天的焊接不单单是连接不同金属的一般工艺,可以而且正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现。
参考文献:
[1]詹斌,STT焊接技术[J].焊接技术,2010,S1.
[2]郭晶,焊接材料选择原则和实践[J].石油化工设备,2001,1(30):41-43.
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