Как портативный XRF изменил анализ металлов и сплавов

Источник: Thermo Fisher Scientific.

Контроль качества имеет решающее значение при производстве металлов и сплавов для использования в суровых условиях, поскольку даже небольшие отклонения от предполагаемого состава могут вызвать серьезные проблемы и поставить под угрозу жизнь людей. К счастью, существует ряд методов, которые можно использовать для анализа материалов как в лаборатории, так и на месте. Большим преимуществом тестирования на месте является быстрое получение результатов, поэтому популярным выбором является портативная рентгеновская флуоресценция (HH-XRF). В этой статье описывается, как HH-XRF может помочь производителям оптимизировать процессы контроля качества и обеспечить соответствие материалов требованиям для требовательных применений.

Производство компонентов для аэрокосмической, автомобильной, нефтегазовой или энергетической промышленности требует использования широкого спектра металлов, включая экзотические металлы, и сплавов, таких как суперсплавы на основе нержавеющей стали, никеля и кобальта, а также меди и алюминия. и титановые сплавы. Эти материалы должны работать в суровых условиях, выдерживая при этом значительные механические нагрузки. Хорошим примером являются лопатки, используемые в газовых турбинах, которые непрерывно работают на высоких скоростях и при экстремальных температурах. Поэтому крайне важно, чтобы производители этих компонентов проверяли, соответствует ли состав используемых материалов необходимым спецификациям. Поэтому программы контроля качества являются неотъемлемой частью производственного процесса и в некоторых случаях предполагают отправку образцов в лабораторию для анализа. К сожалению, такой подход не только деструктивен, но и требует очень много времени, так как получение результатов может занять несколько дней. Эти медленные сроки выполнения работ привели к разработке новых технологий, в том числе HH-XRF, которые можно использовать на месте для немедленного получения ответов.

Хотя HH-XRF присутствует на рынке уже более 50 лет, его крупномасштабное использование стало возможным только после того, как миниатюрные трубки заменили радиоактивные источники. В последующие годы были сделаны дальнейшие усовершенствования, и внедрение кремниевого дрейфового детектора значительно улучшило общую чувствительность приборов, расширив диапазон обнаружения с атомных номеров 22–83 (титан до висмута) до 12 (магний). Более поздние обновления, в том числе разработка мощных ламп и детекторов с графеновыми окнами, увеличили скорость обнаружения легких элементов и сделали возможным обнаружение их следовых уровней. Сегодняшние системы HH-XRF также способны идентифицировать марки сплавов путем сравнения измеренных составов с табличными значениями в нескольких библиотеках, соответствующих различным международным стандартам, таким как AISI, ASTM, DIN и т. д.

Проверка входного и исходящего материала является важным этапом в производстве компонентов для применения в условиях высоких нагрузок и часто проводится несколько раз на протяжении всего процесса производства и сборки. HH-XRF можно использовать для быстрого и удобного измерения состава различных металлов и сплавов. Это включает в себя идентификацию экзотических сплавов, таких как CSMX-4 (см. Рисунок 1), и запатентованных материалов, которые содержат как типичные легирующие элементы, например, никель, так и очень необычные элементы, такие как рений и тантал, которые улучшают сопротивление ползучести материала и выдерживают высокие температуры. устойчивость к коррозии.

Рисунок 1: HH-XRF-анализ CSMX-4, запатентованной марки суперсплава, используемого в газовых турбинах. | Источник: Thermo Fisher Scientific.

В некоторых случаях состав двух разных материалов от одного и того же поставщика может быть очень похожим, например, стержни из нержавеющей стали марок 303 и 304. Хотя марка 304 является наиболее распространенной маркой нержавеющей стали, обладающей хорошей коррозионной стойкостью и подходящей для различных промышленных и бытовых применений, марка 303 предпочтительна для таких деталей, как втулки, подшипники, гайки и болты, требующие высокой обрабатываемости. В 303 содержится больше серы по сравнению с 304, что повышает его обрабатываемость, но снижает коррозионную стойкость и свариваемость материала. Поэтому важно, чтобы эти две марки не смешивались и для каждого применения использовался правильный материал, что можно легко проверить с помощью прибора HH-XRF (см. Рисунок 2).