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1、折光儀在測定水性介質(zhì)濃度上的應(yīng)用北京華立精細化工公司張克儉水中溶解進任何物質(zhì),都會改變它的折光率,溶解的物質(zhì)越多,溶液的折光率改變也越大根據(jù)溶液折光率溶質(zhì)濃度的變化規(guī)律,可以用折光儀簡便地測出水溶性淬火介質(zhì)的溶質(zhì)濃度。本文介紹的方法,可供從事熱處理的工人和技術(shù)人員在生產(chǎn)中應(yīng)用。一、手持式折光儀的選擇使用于生產(chǎn)現(xiàn)場的折光儀是手持式折光儀。手持式折光儀(以下簡稱折光儀)主要用于測定透光溶液的濃度與折光率。這種儀器結(jié)構(gòu)簡單,攜帶方便,使用簡潔,精度也較高。圖1是福建泉州光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的一種手持式折光儀的外形結(jié)構(gòu)。上海光學(xué)儀器廠等單位也生產(chǎn)這種儀器h蓋板2.檢測棱鏡3一棱鏡座/望遠鏡筒和外套乳調(diào)節(jié)螺絲
2、6視度調(diào)節(jié)圈丁目鏡圖1手持式折光儀的外形結(jié)構(gòu)這種折光儀的使用方法:掀開蓋板(1),取試液數(shù)滴放在棱鏡(2)的鏡面上,合上蓋板(1)。然后將蓋板朝向明亮處,邊通過目鏡(7)觀察,邊轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)圈(6),直至視場分界線清晰可見。視場明暗分界線所示的讀數(shù),即為試液折射率或濃度。折光儀視場上有兩排刻度,一排是折光率,另一排是伯利糖度數(shù)(BX)。測定淬火介質(zhì)濃度,通常采用其中的BX列刻度。選擇型號由所用折光儀的最大使用刻度數(shù)來定,可根據(jù)淬火液的品種和用途參考表1進行這項選擇。表1折光儀型號選擇表用途型號(即最大刻度數(shù)(BX)淬火用鹽水32型淬火用堿水32型PAG淬火液15型用折光儀測定水溶性淬火介質(zhì)濃度之前
3、,須先用當(dāng)?shù)刈詠硭ú皇钦麴s水)作為試液,把折光儀讀數(shù)調(diào)到零點。這一步很重要,其理由后面要講到。二、單一溶質(zhì)溶液的濃度測定對于單一溶質(zhì)的水溶液,其折光儀讀數(shù)與該溶質(zhì)的濃度成正比。如果以字母N代表折光儀讀數(shù),即溶液的折光率,以C(%)代表該溶液中溶質(zhì)的濃度百分比(重量),則二者之間存在以下關(guān)系:N=KC(1)其中,系數(shù)K的值決定于溶質(zhì)的種類。熱處理生產(chǎn)中幾種常用溶質(zhì)的K值見表2。C為重量百分比濃度。表2常用幾種淬火介質(zhì)的K值相乘系數(shù)(K)相乘系數(shù)(K)NaClNaNo3今禹8-20今禹8-60UCONA1.10.70.400.50.911.432.52.0NaOHNa2CO3AQ251AQ364
4、UCONE1.61.50.400.630.672.5把這幾種介質(zhì)的濃度與其折光儀讀數(shù)的關(guān)系作在圖上,可得到圖2所示的一組直線。由于關(guān)系簡單,在生產(chǎn)現(xiàn)場,就可以用折光儀測定單一溶質(zhì)溶液的濃度。比如,測定PAG淬火介質(zhì)的濃度以及鹽(NaCl)堿(NaOH)的濃度。表2中的相乘系數(shù)是K值的倒數(shù),即*。由式(1)得式(2)。將測得的折光儀讀數(shù)N乘上該溶質(zhì)的相乘系數(shù)K,即得到所測溶液的濃度。1C=NK注意,式(2)只適用于新型配制的或比較清潔的溶液。經(jīng)過較長時期使用或已變臟、其中溶解了較多其它雜質(zhì)的溶液,則不能簡單地用式(2)計算濃度。三、液溫的影響及其修正法溶液的折光率不僅隨它的濃度變化,濃度一定時,
5、溶液的折光率還會隨液溫升降變化。這種變化的基本規(guī)律是:液溫升高,溶液的折光率會降低;液溫降低,溶液的折光率會增大。作為溶劑的水,本身也具有這種特性。大家知道,加熱水的時候,可以看到水內(nèi)有流動跡象。水是無色透明的液體,加熱中之所以能看見水內(nèi)部的相對流動,其原因就在不同溫度的水具有不同的折光率。PAG淬火介質(zhì)的水溶液也具有這種特性。濃度一定時,液溫變化對測定值有很大影響。注意:當(dāng)使用前述手持式折光儀測量折光率時,“液溫”指的是夾在折光儀上蓋板和檢驗棱鏡之間那一薄層液體的溫度。通常也指的是試驗現(xiàn)場的氣溫。由于該夾層中的液體量極少,又被壓成了一薄層,實際測量中的液溫就變成了所用折光儀的溫度。今禹8-2
6、0和今禹8-50淬火液的相乘系數(shù)是在氣溫30°C時確定的。當(dāng)氣溫(即測試現(xiàn)場的氣溫)低于30C時,測出的濃度會偏高;當(dāng)氣溫高于30C時,測出的濃度會偏低。氣溫偏離30C越遠,上述偏差也越大。這種濃度測量值如果不注意修正,生產(chǎn)中就可能發(fā)生造成嚴重后果。冬天,氣溫低,濃度測量值偏高。如果此時誤認為淬火液濃度過高,補加過多的自來水,必然使淬火液的真實濃度偏低,加上淬火液液溫低,冷卻速度升高,在這樣的淬火液中淬火,就很容易引起淬裂。到了夏天,生產(chǎn)現(xiàn)場氣溫(即折光儀本身的溫度)高,濃度測量值會偏低。如果誤認為淬火液濃度偏低,而補加過量的PAG原液,就會使淬火液濃度過高,加上此時氣溫高,散熱慢,
7、淬火液液溫也偏高,淬火液的冷卻能力會明顯減小。在這種條件下淬火,則很容易發(fā)生硬度偏低、硬化深度不足等。綜上理由,當(dāng)測量環(huán)境的氣溫明顯偏離30C時,應(yīng)對測量值進行修正。修正方法很簡單:氣溫比30°C每低5°C,將測量值減1%作為實際濃度。氣溫比30C每高5°C,將測值加1%,作為實際濃度值。舉例來說,當(dāng)測量環(huán)境的氣溫為15C時,如果測得今禹8-20水溶液濃度為14%,那么,該水溶液的實際濃度應(yīng)為:30-1514-(一-)=11%又例,當(dāng)測量環(huán)境的氣溫為42C時,如測得今禹8-20淬火液的濃度為9.5%。此時,該淬火液的實際濃度為:42-309.5+(5)=11.9%四、使用折光儀的其它注意事項1、折光儀的零位調(diào)節(jié)方法折光儀的零位是可以調(diào)節(jié)的,只有調(diào)節(jié)好零位后再使用,才能獲得準確的結(jié)果。由于多數(shù)折光儀的零位調(diào)節(jié)螺絲比較松動,為確保測量準確,必須在每次測量濃度前用自來水校準好所用折的零位。校正好后,用細紙吸干蓋板和棱鏡面上的水跡,再用于測量淬火液濃度。調(diào)好零位后應(yīng)防止折光儀受到震動,亦不可采用摔動的辦法來去除上面的殘水,以免使調(diào)好的零位移動。2、測試后用清潔的自來水沖洗蓋板和棱鏡面,把殘留在上面的淬火液充分清除干凈,再用細紙吸干殘水,保存?zhèn)溆?。如果上次測量時留在上面的淬火液沒有清洗干凈,讓
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