8. Фазовый физико-химический анализ

8.1 Основы метода

Метод фазового анализа включает в себя следующие этапы:

• электрохимическое изолирование исследуемых фаз;

• определение фазового состава и структуры фаз;

• определение химического состава и количества фаз.

Метод физико-химического фазового анализа используется для определения типа, состава, структуры и количества фаз в легированных материалах, в которых количество образующейся фазы может быть очень мало и не обнаруживается рентгено­структурным методом при съемке. В то же время образующиеся фазы даже в малом количестве могут существенно изменять свойства материала; например, такие фазы, как σ-фаза, приводят к резкому охрупчиванию сталей и сплавов с повышенным содер­жанием хрома.

Метод фазового анализа позволяет изучать карбидные пре­вращения в сталях и сплавах разного легирования в зависимости от условий эксплуатации и прогнозировать направленность кар­бидных реакций при дальнейшей работе металла. Данные химиче­ского анализа карбидов дают возможность оценить степень обед­нения матричного твердого раствора легирующими элементами при выделении фаз, что важно с точки зрения сохранения долго­временной прочности металла. На основании полученных резуль­татов делаются заключения об изменении карбидного состояния металла после различного срока эксплуатации по сравнению с исходным состоянием после термической обработки, в частности о выходе легирующих элементов из матричного раствора и об образовании карбидных структур.

8.2 Электрохимическое изолирование фаз.

Электрохимическое изолирование фаз в сложнолегирован­ных материалах производится в специально оборудованной уста­новке, позволяющей изменять электрические параметры в про­цессе электролиза и обеспечивать необходимую температуру электролита.

Разделение фаз в многофазном образце возможно при одно­временном протекании процессов электрохимического растворе­ния матричного твердого раствора, находящегося в активном со­стоянии, и пассивации карбидных фаз. Фазы пассивируются в результате образования на их поверхности защитного абсорбци­онного слоя или тонкого слоя химического соединения, возни­кающего в результате взаимодействия между ионами твердой фазы и электролита. Разделение фаз производят в условиях анод­ной поляризации с контролем потенциала или с контролем плот­ности тока.

Подбором состава электролитов и режимов электрохимиче­ского изолирования обеспечивается выделение необходимых фаз различного типа и предотвращение побочных окислительных и обменных реакций. При выборе электролитов определяющую роль играет природа основного металла, а также природа образую­щихся фаз.

Как правило, при электрохимическом изолировании исполь­зуется постоянный ток. Установка электрохимического изолиро­вания располагается обычно в вытяжном шкафу, так как при электролизе могут применяться электролиты с добавлением вред­ных (или ядовитых) веществ. Электролитические ячейки, в кото­рых происходит выделение карбидов, помещены в охлаждаемом баке. Температура обеспечивается встроенным в установку холо­дильным агрегатом, который работает автоматически, поддержи­вая заданный температурный режим.

Каждый образец растворяется в отдельной ячейке. У стенок ячейки помещен цилиндрический катод из нержавеющей стали, исследуемый образец находится в центре ячейки и является ано­дом. С помощью проводников анод и катод включаются в сеть постоянного тока, величина тока регулируется реостатом и фик­сируется миллиамперметром. Процесс разделения фаз в несколь­ких образцах одновременно с подачей на каждый образец тока заданной силы можно выполнить как с последовательным вклю­чением образцов в цепь постоянного тока, так и при параллель­ном включении образцов в ответвления сети постоянного тока (рисунок 44).

Рисунок 44 - Схема установки электрохимического изолирования фаз

При получении осадка для исследования методом рентгено­структурного анализа выделение производится до тех пор, пока его количество не будет соответствовать необходимому для съемки. Собранный осадок тщательно промывается специальны­ми растворами, высушивается и используется для исследования.