Brevet FR2540628A1 — publié le 19840810

Méthode de déterminatio sectrométriqu el composition chimique de matières métalliques. L'invention concerne une méthode de détermination spectrométrique de la composition chimique de matières métalliques. Lors de la détermination de la composition chimique de matières métalliques par spectrométrie d'émission de lumière, avec utilisation de l'excitation par étincelle, il est connu, après un temps de préétincelage approprié, de convertir en impulsions électriques la lumière émise par un nombre déterminé d'étincelles et de convertir ces impulsions en courant électrique La somme de toutes les impulsions est alors une mesure de la concentration de l'élément considéré dans l'échantillon mesuré. 1.5 Pour déterminer si un élément se présente dans le métal sous forme élémentaire ou sous forme de composé chimique, on a décrit récemment deux méthodes basées sur la mesure par spectrométrie d'émission de lumière Dans les deux méthodes, on distingue seulement entre la propor- tion d'un élément qui est combinée sous forme d'oxyde et la proportion "métallique" de cet élément, dans laquelle on fait rentrer aussi tous les autres composés de-cet élément. Dans l'une des méthodes, à partir du début de l'étin- celage, on suit la variation de l'intensité lumineuse dans le temps Cette méthode, qui a été décri te pour la détermination de la proportion tmétalliquetr de l'aluminium dans l'acier, tire parti du fait que l'intensité du courant photo-électrique qui est engendré de façon pulsée par l'émission de lumière au cours des décharges par étincelle et que l'on intègre selon la méthode, est nettement plus grande lorsque des proportions d'aluminium oxydées sont rencontrées au point d'incidence que lorsque l'aluminium s'y trouve sous forme "métallique". Dans l'autre méthode, on détermine, sur un laps-de temps déterminé, la distribution de fréquence de l'intensité des différentes étincelles Etant donné que les fractions -2- "métalliques" sont distribuées uniformément dans l'échan- tillon, la distribution d'intensité des étincelles avec lesquelles les éléments présents à l'état "métallique" sont seuls excités correspond à une distribution normale de Gauss Pour cette raison, par des moyens mathématiques appropriés, on élimine de la distribution globale de fréquence les intensités qui n'ont pas une distribution normale et on obtient ainsi un signal pour la détermina- tion des fractions "métalliques". Ainsi, avec ces méthodes connues, il est seulement possible d'obtenir une indication sur la proportion d'un élément qui est combinée sous forme d'oxyde et les autres formes de cet élément présentes dans le métal Il n'est pas possible, avec ces méthodes, de distinguer par exemple si l'aluminium est présent dans l'acier sous forme d'Al ou d'Al N Or il serait important d'obtenir une indi- cation à ce sujet, car Al N doit être rangé parmi les composés désirables qui peuvent influencer positivement les propriétés d'un alliage. Le but de l'invention est d'indiquer une méthode spectrométrique au moyen de laquelle, au-delà de cette distinction, on puisse obtenir aussi une indication quan- -titative de chaque sorte de composé chimique d'un élément, contenu dans les métaux. Ce problème est résolu en principe par le fait que J Aon suit, que l'on détermine et que l'on interprète la variation dans le temps de l'intensité de l'émission de lumière causée par différentes étincelles. L'invention part de ce principe que l'endroit o l'étincelle atteint les précipités ou la structure cristal- line n'est pas indifférent L'énergie transmise par l'étin- celle cause une fusion et une vaporisation de la matière dans la région du point d'incidence et lui fait émettre de la lumière. Par suite, l'évolution de l'intensité lumineuse dans le temps dépend de la nature de la matière au point d'in- cidence, c'est-à-dire de ses propriétés physiques et chimiques Ainsi, il est apparu que la variation des in- tensités lumineuses dans le temps correspond pratiquement aux graphiques représentés par la figure 1 On peut voir que si lton laisse de c 8 té les proportions de lumière chaque fois émises hors des temps marqués par des flèches, le signal lumineux utilisé pour déterminer la proportion d'un élément présente une plus grande reproductivilité que si l'on utilise la lumière émise sur la totalité du laps de temps, comme on le fait aujourd'hui dans les méthodes connues de spectrométrie Seulement pour une méthode spéciale à savoir, l'analyse de traces, il est connu de tirer parti, pour l'interprétation dans une technique de mesure, d'une partie de la variation de l'émission de lumière dans le temps En interprétant la variation décroissante de l'in- tensité après la fin d'une décharge électrique, on obtient une amélioration de-la limite de décèlement pour la détermination de la concentration totale d'un élément. Toutefois, on ne tire pas chaque fois, de l'ensemble de la variation d'intensité d'une étincelle dans le temps, les informations optimales dans chaque cas pour des ques- tions plus poussées, comme c'est le cas dans l'invention. Selon l'invention, en choisissant convenablement les fractions de durée des étincelles qui conviennent de façon optimale à la détermination de la composition chimique et qui peuvent Ètre différentes pour les différents élé- ments, d'une part on évite des influences de matrice (par exemple structure de solidification, grosseur des grains cristallins, grosseur des précipités) sur la reproductibilité -des résultats d'analyse; d'autre part, de cette façon, on détermine les proportions des éléments qui sont contenues dans les précipités de différente nature (par exemple oxydes, nitrures, sulfures, carbures). En particulier par la nature de la variation d'intensité dans le temps au début d'une décharge, on peut tirer des conclusions quant aux proportions des composés ch miques des éléments qui sont présentes dans la région atteinte O En vertu des propriétés thermodynamiques différentes 4- des éléments et de leurs composés, il se produit au début d'une décharge des augmentations-différentes de l'inten- sité lumineuse Pour la phase métallique, on obtient la variation représentée schématiquement sur la figure 1, courbe 2, tandis que pour les précipités, il se produit un comportement selon les courbes 1 ou 3 Si une décharge excite un mélange de métal et de précipité, les courbes 1 et 3 se déplacent en direction de la courbe 2 Le degré de ce déplacement permet une indication du rapport quan- tiiatif métal/précipité. Etant donné que les données thermodynamiques pour les températures qui règnent ici ne sont pas connues, on ne peut pas calculer la corrélation entre le degré de dépla- cement et les proportions, mais il faut le déterminer empiriquement Plus l'énergie nécessaire à l'excitation et la température de vaporisation sont réduites, plus l'augmentation d'intensité dans le temps sera rapide En particulier, dans le cas d'une température de vaporisation extrêmement basse, une "bosse" (voir courbe 3) est possible. -5- REVENDICATIONS 1. Méthode de détermination spectrométrique de la composition chimique de matières métalliques avec utilisa- tion de l'excitation par étincelle et avec détermination et interprétation de la lumière émise par la matière étudiée, caractérisée par le fait que l'on suit, que l'on détermine et que l'on interprète la variation dans le temps de l'intensité de l'émission de lumière causée par différentes étincelles. 2 Méthode selon la revendication 1, caractérisée par le fait que dans la variation de l'intensité de l'émission de la lumière dans le temps, on sélectionne les signaux caractéristiques des formes de combinaison dont il s'agit. 3 Méthode selon la revendication 2, caractérisée par lelaitque l'on détermine la distribution de fréquence des signaux obtenus et qu'on l'utilise comme mesure de la concentration des éléments présents sous différentes formes de combinaison. 4 Méthode selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que l'on enregistre les intensités lumineuses des différentes étincelles à partir du début de l'étincelage et qu'on l'interprète d'une façon spéci- fique de l'élément.