Kézi röntgen spektrométer vagy Mobil OES spektrométer

Kilenc elem, ami problémát jelent a kézi röntgen spektrométereknek, viszont egyszerűen mérhető OES fémelemző spektrométerrel fémösszetétel vizsgálat során

A kézi röntgen spektrométerek sok területen jól használhatók fémek összetételének vizsgálatára. A korszerűbb modellek, mint a SPECTRO Analytical Instruments kézi röntgen spektrémétere, a SPECTRO xSORT gyors, pontos eredményeket szolgáltatnak válogatáshoz, és fémelemzéshez a Mg – U elemtartományban. Azonban, a röntgen spektrometria működési elvéből adódóan néhány elem mérése csak korlátozottan vagy egyáltalán nem lehetséges. Ezek a korlátok nagyon sok esetben alkalmatlanná teszik a kézi XRF készülékek használatát.
Ebben a cikkben ezeket, a kézi XRF készülékekkel problémás elemeket vesszük sorba: szén (C), kén (S), foszfor (P), alumínium (Al), szilícium (Si), magnézium (Mg), lítium (Li), berílium (Be) és bór (B).
Bemutatjuk, hogy ezek az elemek, amik a kézi röntgen spektrométerekkel csak korlátozottan vagy sehogy sem mérhetők, milyen egyszerűen és rutin szerűen mérhetők a SPECTROTEST és SPECTROPORT mobil optikai emissziós spektrométerrel (OES)

 Szén (C)

Mivel a kézi röntgen spektrométerek a Ti alatti rendszámú, tehát könnyű elemeket csak korlátozottan tudják mérni, így a szén (C) mérése pl. egyáltalán nem lehetséges. Ez a gyakorlatban  azt jelenti, hogy két nagyon fontos acél típus vizsgálatára teljesen alkalmatlan:

Szén acélok

Az acélban lévő szén tartalom kulcs tényező alacsonyan ötvözött acélok (szén acélok) megkülönböztetésénél. A bejövő/kimenő anyagok anyagok vizsgálatától a javításokhoz használt alkatrészek ellenőrzéséig a felhasználónak nagyon kis eltérések alapján kell különbséget tenniük az ötvözetek között. Alacsony ötvözetek megmunkálása esetén a hegeszthetőség az egyik legfontosabb jelllemző. Az acél ötvözetek esetén általában igaz, hogy maximum 0.2% szén tartalomig hegeszthetőek, ezért különösen fontos a szén (C) pontos mérése.

Króm/Nikkel (CrNi) acélok

Bizonyos rozsdamentes acélok vagy magasan ötvözött acélok esetén is fontos a széntartalom pontos mérése. Például a 316-os acél erőssége és tartóssága jelentősen függ a széntartalomtól. A 316-os rozsdamentes acél maximum 0.07% szenet tartalmaz, míg a 316L rozsdamentes acél – L jelenti az alacsony széntartalmat – maximum 0.03% szenet tartalmaz. Tehát néhány száz ppm (1ppm=1 milliomod rész) eltérés teljesen eltérő korróziós viselkedést jelenthet. A 316L tartósabb, mint a magasabb szenet tartalmazó ötvözet. A kézi röntgen spektrométerekkel szemben, a SPECTROTEST és SPECTROPORT mobil OES spektrométerek rutin szerűen képesek ezeknek az ötvözeteknek a megkülönböztetésére.

Kén (S) és Foszfor (P)

A kén és a foszfor a másik két elem, amiknek a pontos mérése gyakran kritikus a fémelemzés során. Mindkét elem „könnyű elem”, mely a kézi röntgen spektrométereknek kihívást jelent. A kézi röntgen spektrométerekkel csak a nagy kéntartalmú ötvözeteket, mint pl. a 303-as acélt lehet beazonosítani, aminek minimum 0.15% kéntartalma van. Ellenben, a 304-es és a 316-os króm-nikkel acélnak maximum 0.03% kéntartalma van. Ilyen alacsony kén koncentráció nem mérhető kézi röntgen spektrométerrel, mivel a kimutathatósági határértéke kén esetén túl magas ahhoz, hogy CrNi acélok esetén kritikus határértékeket (tipikusan 0.03% alatt) pontosan mérje.

Ugyanez a probléma jelentkezik alacsony foszfor tartalom esetén is. A szükséges mérési tartományok nagyon közel, vagy alatta vannak a kézi röntgen spektrométerek kimutatási határértékének, így a pontosságuk nem megfelelő. Ezen kívül a felület előkészítési anomáliákból adódóan a pontosság tovább romlik, ami megbízhatatlan mérési eredményekhez vezet.

Alumínium (Al), Szilícium (Si) és Magnézium (Mg)

Röntgen spektrometriás módszerrel az alumínium, szilícium és magnézium mérése fémekben szintén problémás. Ezek is könnyű elemek, így a kimutathatósági határértékek túl magasak, ezért a kézi röntgen spektrométerek bár képesek ezen elemek kimuatatására viszonlyag alacsony koncentrációban, azonban tipikusan 0.1% alatti értékeket már nem képesek megbízhatóan mérni.
Sok alumínium ötvözetben a magnézium tartalom mérése kritikus. Egy modern, nagyteljesítményű kézi röntgen spektrométer, mint a SPECTRO xSORT képes a magnézium mérésére olyan szinten, hogy megkülönböztesse a 2000-es és a 6000-es alumínium ötvözeteket. Azonban nincs olyan kézi röntgen spektrométer, mellyel megkülönböztethetők az ötvözetlen vagy alacsonyan ötvözött alumínium ötvözetek Mg tartalom mérése alapján. A másik probléma, hogy a nem megfelelően előkészített minta felület miatt is nehézkessé válik az Al, Si vagy Mg pontos mérése kézi XRF készülékkel. A megoldás ebben az esetben is az optikai emissziós spektrometria. Ezek az elemek a SPECTROTEST vagy a SPECTROPORT mobil spektrométerekkel nagyon egyszerűen és pontosan mérhetők.

Lítium (Li)

A legkönnyebb fém, a lítium, gyakran megtalálható alumínium ötvözetekben. Egy bizonyos koncentrációig Li hozzáadásával csökkenthető az anyag súlya a mechanikai tulajdonságok romlása nélkül. Ennek megfelelően pl. a 8090-es Al ötvözetek, melyek 2,2% – 2,7% lítiumot tartalmaznak, széleskörben használtak repülőgépgyártás során, ahol a Li esetén is nagyon pontos mérés szükséges a bejövő/kimenő anyagok vizsgálata során. Fém újrahasznosítás során is nagyon hasznos a lítiumot tartalmazó Al ötvözetek szétválogatása. A lítium csökkenti a standard alumínium ötvözetek hajlékonyságát, ezért a keveredés nem minden esetben jó, ugyanis a mags Li tartalom problémát okozhat az alumínium újraöntésénél. Kézi röntgen spektrométerrel a lítium nem mérhető. Szerencsére, azonban, a SPECTROTEST mobil optikai emissziós spektrométerrel a Li is rutinszerűen mérhető, ezáltal lehetséges az alumínium újra felhasználásának megfelelő ellenőrzése.

Berílium (Be)

A Réz/Berílium (Cu/Be) ötvözetek tipikusan 0,4% – 2% beríliumot tartalmaznak kobalttal (Co), krómmal (Cr) vagy szilíciummal (Si) kombinálva. Alapanyagként, vagy alkatrészként beépítve (pl. potenciálisan robbanás veszélyes környezetben) a specifikáció biztosításán kívül egészségügyi biztonsági szempontból is fontos a Be pontos mérése, ugyanis a Be az egyik legtoxikusabb anyag az emberi szervezetre. Ennek megfelelően a Be mérése rendkívül fontos lehet a pl. javításhoz használt réz anyagok megmunkálásánál, ahol a környezetbe kikerülő Be bőrrel érintkezve vagy a tüdőbe kerülve rendkívül veszélyes lehet. Sajnos a Be is azon elemek sorába tartozik, melyek nem mérhetők kézi röntgen spektrométerrel

Bór (B)

A bórral történő ötvözés egyik oka az alacsonyan ötvözött acélok esetén a keménység növelése. Például a bór koncentráció mérése alapvetően fontos a 13MnCrB5 acél és a bórt nem tartalmazó 16MnCr5 acél megkülönböztetéséhez. A bór másik alkalmazása gyors penge acélok vágási teljesítményének javítása. Ezeknek a speciális acéloknak a beazonosítása, a szerszámacélok pontos összetételének mérése pl. javításokhoz elengedhetetlen. Ausztenites acélokban az alacsony koncentrációban (maximum 0,01%) jelenlévő bór növeli az ötvözetek magas hőmérséklettel szembeni ellenállását. A bór pontos mérése szintén nem lehetséges kézi röntgen spektrométerrel.

 

Kézi XRF vagy Mobil OES spektrométer

 Az összes fent említett elem mérése kézi XRF spektrométer jelentősen korlátozott vagy      lehetetlen. Van olyan elem, amit a kézi XRF egyszerűen detektálni sem tud.

Szerencsére a legutóbbi fejlesztéseknek köszönhetően az új generációs mobil OES fémelemző  spektrométerek ezeket az elemeket is gyorsan, pontosan tudják mérni és kompakt  kialakításukkal mindezt külső helszínen, minimális korlátozással a mobilitásban. Például a  SPECTROTEST mobil fémelemző spektrométer, mely a SPECTRO zászlós hajója a mobil  spektrométerek között, laboratóriumi szintű gyors, pontos fémelemzést tesz lehetővé  válogatáshoz, vagy bevizsgáláshoz külső helyszínen is.

 

Valószínűleg a mobilitását tekintve még meggyőzőbb az új SPECTROPORT mobil OES   spektrométer, mely rutin alkalmazásokhoz kínál olyan új csomagot, ami még kompaktabb, még könnyebb és mobilitását tekintve még jobb megoldást jelent a terepi fémelemzés adott területein.

Mindkét készülék laboratóriumi szintű pontosságot nyújt nagy mintaszám mellett. Az összes fent felsorolt elemet (szén, kén, foszfor, alumínium, szilícium, magnézium, lítium, berílium, bór) elemeket is pontosan és egyszerűen mérik. Mind a SPECTROTEST, mind a SPECTROPORT készülékek képesek a nyomelemek alacsony koncentrációjának pontos mérésére is. E mellett az OES technika előnyeinek köszönhetően a minta felületének hibáiból adódó problémák is kevésbé befolyásolják a mérések pontosságát. Nagyon sok esetben, ahol a röntgen spektrometria, mint módszer egyszerűen nem elégséges, az OES technika a megfelelő választás

További anyagok: Mobil és telepített fémelemző spektrométerek (blog.hu)