一种电解分离IF钢中TiN夹杂物的原貌分析方法与流程

一种电解分离if钢中tin夹杂物的原貌分析方法
技术领域
1.本发明属于钢中夹杂物分析检测领域，具体涉及一种电解分离if钢中tin夹杂物的原貌分析方法。


背景技术：

2.随着我国各高精尖行业的发展，例如航空航天、高速铁路等，所需钢材（如if钢、齿轮钢、弹簧钢等）的质量要求也越来越高。
3.影响钢质量的一个重要因素是钢中夹杂物。因此，采用合适的工艺手段，最大程度的去除钢中各类夹杂物，实现钢水洁净化对冶金行业生产高品质钢至关重要。通过对电解手段对钢中夹杂物进行原貌分析，掌握钢中夹杂物的三维形貌、性质和生成条件，可以得到去除钢中夹杂物的相应措施，成为实现钢中夹杂物高效根本去除的重要手段。
4.在钢中，尺寸相等条件下夹杂物对疲劳强度的危害程度依次为tin类》cas类》高al2o3》cao-al2o3类，tin类夹杂物对if钢的表面质量及服役性能影响最为严重。因此，为了更好的研究tin类夹杂物尺寸、形貌以及生长机理对if钢的影响，需要对精准地实现对if钢中tin类夹杂物无损原貌提取。然而，通过以往小样电解的方式在提取钢中夹杂物的过程中，tin类夹杂物结构易破坏，或与其他夹杂物和基体难已分离，无法精确统计其具体数量、尺寸大小以及分析其三维形貌，所以开发一种专门针对if钢中tin夹杂物的电解分离及原貌分析方法显得尤为重要。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种电解分离if钢中tin夹杂物的原貌分析方法，根据tin的理化性质，通过调整电解液的成分和电解过程的工艺参数，控制电解样的电解位置，可以实现对钢中tin夹杂物的无损原貌提取。
6.本发明的具体技术方案如下：一种电解分离if钢中tin夹杂物的原貌分析方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将待检测钢样加工成圆棒状电解样，并对其表面进行打磨去除表面氧化层，然后清洗去除油污；（2）将圆棒状电解样的上端用绝缘胶带密封，通过金属导线连接直流电源正极，下端部分绝缘密封，仅留中间柱面裸露，浸入电解液中;（3）连接电解装置，电解过程采用恒压控制模式；电解结束后将电解样、电解样与导线连接段、阴极进行冲洗，所有冲洗液及电解液全部收集，倒入抽滤瓶进行抽滤，抽滤首先使用孔径2μm的聚碳酸酯滤膜，抽滤重复进行2-4遍，再使用孔径0.45μm的聚碳酸酯滤膜将第一次抽滤后得到的滤液再次重复抽滤2-4遍；（4）将两次抽滤所用的不同孔径滤膜置于干燥箱中烘干，然后将烘干后滤膜使用导电胶粘于导电基体上；（5）对固定在导电基体上的滤膜进行喷金或喷碳导电处理，使用扫描电镜和能谱
分析手段对滤膜上分离出的tin夹杂物进行三维形貌的观察。
7.进一步地，所述步骤（1）中圆棒状电解样的直径为φ(15-20)mm，长度为50-70mm。
8.进一步地，所述步骤（2）中下端部绝缘密封为蜡封或塑封。
9.进一步地，所述电解液的溶剂为(90~95)vol%无水甲醇-(5~10)vol%乙酰丙酮，再加入溶剂总质量(1.0~1.5)wt%的四甲基氯化铵。
10.进一步地，所述电压为120-160mv，电解所用的电流为0.04-0.07a，电解时间为2-5h。
11.进一步优选地，所述电解过程中前1-2h控制电压在150-160mv，控制电流为0.06-0.07a；然后调节电压至120-130mv，电流为0.04-0.05a，直至电解结束。
12.更进一步优选地，所述电解过程前2h控制电压在150mv，控制电流为0.06a；然后调节电压至130mv，控制电流为0.05a，直至电解结束。
13.进一步地，所述if钢成分的质量百分含量为c＜0.01%，si 0.005~0.02%，mn 0.050~0.5%，p＜0.02%，s＜0.02%，ti 0.05~0.15%。
14.更进一步地，所述if钢成分的质量百分含量为0.0022% c， 0.0085% si，0.090% mn，0.012% p，0.01% s，0.08% ti。
15.本发明针对电解样的形状有一定的限制，优选没有棱角或棱角不分明的形状。由于电解样的棱或棱角等有明显界线的位置电解强度与其他位置有所不同，导致在相同的电压和电流下电解速率不一致，对夹杂物和基体的破坏程度也不一样，所以较难一致性的完全显现出原始形态的tin三维形貌。本发明采用圆柱状的电解样，并将浸入到电解液中的下端部绝缘密封，一方面避免了下端面与圆柱侧面相交线处的电解强度过大；另一方面，由于夹杂物常与基体材料相嵌复合在一起，电解样底部端面电解速率过快，在电解到一定程度形成镂空状形态时，夹杂物与基体的复合体会在重力的作用下脱落到电解池底部而无法继续电解，进而无法进行原貌分离。本发明对电解样的尺寸没有特别严格的限制，但为了控制电解界面的均一性，优选采用直径为φ(15-20)mm，长度为50-70mm的电解样。
16.本发明对电解液的成分没有进行过多改进，使用常规小样电解所使用的无水甲醇、乙酰丙酮和四甲基氯化铵配制的溶液即可。本发明电解过程中对电压和电流采取分段控制模式，由于电解初期，电解样表面较为光滑均整，电解强度较弱；随着电解进行，比表面积增加，夹杂物析出，对夹杂物的破坏较大。因此本发明在电解前期采用高压高电流电解，后期采用低压低电流电解。优选地，电解过程中前2h控制电压在150-160mv，控制电流为0.06a；2h以后直至电解结束控制电压在120-130mv，控制电流为0.05a。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明在对小样电解工艺不做过大调整的条件下，仅通过对电解样电解位置的处理以及调整电解的工艺参数，实现了if钢中tin类夹杂物的精准分离，提取率高，三维形貌保持完整，能够更好的用于分析if钢中的tin类夹杂物形态和数量，进而提出高洁净if钢的夹杂物控制方法，提高产品质量。
附图说明
18.图1是本发明实施例1分离到的夹杂物的扫描电镜图；图2是本发明对比例1分离到的夹杂物的扫描电镜图。
具体实施方式
19.为了更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。
20.本发明提取tin类夹物所针对的钢种为if钢，其成分的质量百分含量为c＜0.01%，si 0.005~0.02%，mn 0.050~0.5%，p＜0.02%，s＜0.02%，ti 0.05~0.15%。为了避免材料本身对电解方法的影响，本发明所有实施例1-5针对if钢所用的电解样均取自同一块钢坯，经成分检测，含有0.0022% c， 0.0085% si，0.090% mn，0.012% p，0.01% s，0.08% ti。
21.下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
22.实施例1一种电解分离if钢中tin夹杂物的原貌分析方法，包括以下步骤：（1）取样并将待检测钢样加工成圆棒状电解样，电解样的直径为φ20mm，长度为50mm，并对其表面用砂纸进行打磨去除表面氧化层，然后用丙酮清洗去除油污；（2）将圆棒状电解样的上端用绝缘胶带密封，通过金属导线连接直流电源正极，下端10mm以内用蜡热封，隔绝电解液，仅留中间柱面裸露，浸入电解液中，电解液为90vol%无水甲醇-10vol%乙酰丙酮的溶剂，配加溶剂总质量1.0wt%的四甲基氯化铵；（3）连接电解装置，电解过程采用恒压控制模式；所述电解过程中前2h控制电压在150mv，控制电流为0.06a；2h以后直至电解结束控制电压在130mv，控制电流为0.05a；电解结束后将钢样、钢样与导线连接段、阴极等进行冲洗，所有冲洗液及电解液全部收集，倒入抽滤瓶进行抽滤，抽滤首先使用孔径2μm的聚碳酸酯滤膜，抽滤重复进行4遍，再使用孔径0.45μm的聚碳酸酯滤膜将第一次抽滤后得到的滤液再次重复抽滤4遍；（4）将抽滤所用的不同孔径滤膜置于干燥箱中烘干，然后将烘干后滤膜使用导电胶粘于导电基体上；（5）对固定在导电基体上的滤膜进行喷碳导电处理，使用扫描电镜和能谱分析手段对滤膜上分离出的tin夹杂物进行三维形貌的观察。
23.实施例2一种电解分离if钢中tin夹杂物的原貌分析方法，包括以下步骤：（1）取样并将待检测钢样加工成圆棒状电解样，电解样的直径为φ20mm，长度为50mm，并对其表面用砂纸进行打磨去除表面氧化层，然后用丙酮清洗去除油污；（2）将圆棒状电解样的上端用绝缘胶带密封，通过金属导线连接直流电源正极，下端10mm以内用蜡热封，隔绝电解液，仅留中间柱面裸露，浸入电解液中，电解液为90vol%无水甲醇-10vol%乙酰丙酮的溶剂，配加溶剂总质量1.0wt%的四甲基氯化铵；（3）连接电解装置，电解过程采用恒压控制模式；所述电解过程中前2h控制电压在160mv，控制电流为0.07a；2h以后直至电解结束控制电压在120mv，控制电流为0.04a；电解结束后将钢样、钢样与导线连接段、阴极等进行冲洗，所有冲洗液及电解液全部收集，倒入抽滤瓶进行抽滤，抽滤首先使用孔径2μm的聚碳酸酯滤膜，抽滤重复进行4遍，再使用孔径0.45μm的聚碳酸酯滤膜将第一次抽滤后得到的滤液再次重复抽滤4遍；（4）将抽滤所用的不同孔径滤膜置于干燥箱中烘干，然后将烘干后滤膜使用导电胶粘于导电基体上；
（5）对固定在导电基体上的滤膜进行喷碳导电处理，使用扫描电镜和能谱分析手段对滤膜上分离出的tin夹杂物进行三维形貌的观察。实施例3一种电解分离if钢中tin夹杂物的原貌分析方法，包括以下步骤：（1）取样并将待检测钢样加工成圆棒状电解样，电解样的直径为φ20mm，长度为50mm，并对其表面用砂纸进行打磨去除表面氧化层，然后用丙酮清洗去除油污；（2）将圆棒状电解样的上端用绝缘胶带密封，通过金属导线连接直流电源正极，下端10mm以内用蜡热封，隔绝电解液，仅留中间柱面裸露，浸入电解液中，电解液为95vol%无水甲醇-5vol%乙酰丙酮的溶剂，配加溶剂总质量1.5wt%的四甲基氯化铵；（3）连接电解装置，电解过程采用恒压控制模式；所述电解过程中前2h控制电压在155mv，控制电流为0.06a；2h以后直至电解结束控制电压在125mv，控制电流为0.05a；电解结束后将钢样、钢样与导线连接段、阴极等进行冲洗，所有冲洗液及电解液全部收集，倒入抽滤瓶进行抽滤，抽滤首先使用孔径2μm的聚碳酸酯滤膜，抽滤重复进行4遍，再使用孔径0.45μm的聚碳酸酯滤膜将第一次抽滤后得到的滤液再次重复抽滤4遍；（4）将抽滤所用的不同孔径滤膜置于干燥箱中烘干，然后将烘干后滤膜使用导电胶粘于导电基体上；（5）对固定在导电基体上的滤膜进行喷碳导电处理，使用扫描电镜和能谱分析手段对滤膜上分离出的tin夹杂物进行三维形貌的观察。
24.对比例1一种电解分离if钢中tin夹杂物的原貌分析方法，包括以下步骤：（1）取样并将待检测钢样加工成圆棒状电解样，电解样的直径为φ20mm，长度为50mm，并对其表面用砂纸进行打磨去除表面氧化层，然后用丙酮清洗去除油污；（2）将圆棒状电解样的上端用绝缘胶带密封，通过金属导线连接直流电源正极，下端10mm以内用蜡热封，隔绝电解液，仅留中间柱面裸露，浸入电解液中，电解液为90vol%无水甲醇-10vol%乙酰丙酮的溶剂，配加溶剂总质量1.0wt%的四甲基氯化铵；（3）连接电解装置，电解过程采用恒压控制模式；所述电解过程中前2h控制电压在200mv，控制电流为0.1a；2h以后直至电解结束控制电压在170mv，控制电流为0.08a；电解结束后将钢样、钢样与导线连接段、阴极等进行冲洗，所有冲洗液及电解液全部收集，倒入抽滤瓶进行抽滤，抽滤首先使用孔径2μm的聚碳酸酯滤膜，抽滤重复进行4遍，再使用孔径0.45μm的聚碳酸酯滤膜将第一次抽滤后得到的滤液再次重复抽滤4遍；（4）将抽滤所用的不同孔径滤膜置于干燥箱中烘干，然后将烘干后滤膜使用导电胶粘于导电基体上；（5）对固定在导电基体上的滤膜进行喷碳导电处理，使用扫描电镜和能谱分析手段对滤膜上分离出的tin夹杂物进行三维形貌的观察。
25.对比例2一种电解分离if钢中tin夹杂物的原貌分析方法，包括以下步骤：（1）取样并将待检测钢样加工成圆棒状电解样，电解样的直径为φ20mm，长度为50mm，并对其表面用砂纸进行打磨去除表面氧化层，然后用丙酮清洗去除油污；（2）将圆棒状电解样的上端用绝缘胶带密封，通过金属导线连接直流电源正极，下
端不进行密封处理，浸入电解液中，电解液为90vol%无水甲醇-10vol%乙酰丙酮的溶剂，配加溶剂总质量1.0wt%的四甲基氯化铵；（3）连接电解装置，电解过程采用恒压控制模式；所述电解过程中前2h控制电压在150mv，控制电流为0.06a；2h以后直至电解结束控制电压在130mv，控制电流为0.05a；电解结束后将钢样、钢样与导线连接段、阴极等进行冲洗，所有冲洗液及电解液全部收集，倒入抽滤瓶进行抽滤，抽滤首先使用孔径2μm的聚碳酸酯滤膜，抽滤重复进行4遍，再使用孔径0.45μm的聚碳酸酯滤膜将第一次抽滤后得到的滤液再次重复抽滤4遍；（4）将抽滤所用的不同孔径滤膜置于干燥箱中烘干，然后将烘干后滤膜使用导电胶粘于导电基体上；（5）对固定在导电基体上的滤膜进行喷碳导电处理，使用扫描电镜和能谱分析手段对滤膜上分离出的tin夹杂物进行三维形貌的观察。
26.对比例3一种电解分离轴承钢钢中tin夹杂物的原貌分析方法，包括以下步骤：（1）取样并检测其成分，质量百分含量为c 0.99%，si 0.223%，mn 0.338%，p 0.0136%，s 0.0013%，cr 1.37%，al 0.009%，ti 15ppm，o 4ppm；将待检测钢样加工成圆棒状电解样，电解样的直径为φ20mm，长度为50mm，并对其表面用砂纸进行打磨去除表面氧化层，然后用丙酮清洗去除油污；（2）将圆棒状电解样的上端用绝缘胶带密封，通过金属导线连接直流电源正极，下端10mm以内用蜡热封，隔绝电解液，仅留中间柱面裸露，浸入电解液中，电解液为90vol%无水甲醇-10vol%乙酰丙酮的溶剂，配加溶剂总质量1.0wt%的四甲基氯化铵；（3）连接电解装置，电解过程采用恒压控制模式；所述电解过程中前2h控制电压在150mv，控制电流为0.06a；2h以后直至电解结束控制电压在130mv，控制电流为0.05a；电解结束后将钢样、钢样与导线连接段、阴极等进行冲洗，所有冲洗液及电解液全部收集，倒入抽滤瓶进行抽滤，抽滤首先使用孔径2μm的聚碳酸酯滤膜，抽滤重复进行4遍，再使用孔径0.45μm的聚碳酸酯滤膜将第一次抽滤后得到的滤液再次重复抽滤4遍；（4）将抽滤所用的不同孔径滤膜置于干燥箱中烘干，然后将烘干后滤膜使用导电胶粘于导电基体上；（5）对固定在导电基体上的滤膜进行喷碳导电处理，使用扫描电镜和能谱分析手段对滤膜上分离出的tin夹杂物进行三维形貌的观察。
27.对各实施例分离得到的夹杂物在电镜下进行观察，实施例1-3和对比例1-2中均能观察到tin类夹杂物；对比例3分离得到的夹杂物中未观察到tin类夹杂物，但其金相样的电镜下可以观察到tin类夹杂物。每组实施例随机统计视野下的30个tin类夹杂物，然后统计tin类夹杂物与钢基体粘连的比例进行统计，具体结果见表1。
28.表1 各实施例和对比例tin类夹杂物与基体粘连情况 实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2tin类夹杂物与基体粘连比例0%6.7%3.3pS.3%
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保
护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。