Φασματογράφος Μετάλλων

Positive Material Identification (PMI) – Τι φασματογράφο θα πρέπει να διαλέξω βάσει των αναγκών μου;

Οι συσκευές PMI χρησιμοποιούνται παγκοσμίως για την ανάλυση των μεταλλικών δοκιμίων και αντιστοίχισή τους με κάποιο κράμα έτσι ώστε να είμαστε σίγουροι ότι έχουμε επιλέξει το κατάλληλο υλικό για την εφαρμογή μας. Συνήθως τα υλικά μας συνοδεύονται από πιστοποιητικά, αλλά επειδή κάποιες φορές υπάρχουν και αστοχίες συστήνουμε πάντα να εμπιστευόμαστε τους προμηθευτές μας αλλά αν είναι δυνατόν να το εξακριβώνουμε μόνοι μας.
Προφανώς για πρακτικούς λόγους οι εν λόγω συσκευές και τεχνολογίες θα πρέπει να διακρίνονται από την ευκολία στη χρήση και το όσο το δυνατόν μικρότερο μέγεθος, προκειμένου να μεταφέρονται, να χρησιμοποιούνται στο πεδίο και να δίνουν άμεσα αποτελέσματα.

Οι τρεις εφαρμοσμένες τεχνολογίες που έχουν επικρατήσει τα τελευταία χρόνια στη βιομηχανία και οι οποίες μπορούν να αναλύσουν την χημική σύσταση των μεταλλικών δοκιμίων και να τα αντιστοιχήσουν με κράματα από την διεθνή βιβλιογραφία είναι οι κάτωθι:
1. Μετακινούμενοι και φορητοί φασματογράφοι Optical Emission Spectroscopy (OES)
2. Φορητοί φασματογράφοι (τύπου πιστόλι) X-Ray Fluorescence (XRF)
3. Φορητοί φασματογράφοι (τύπου πιστόλι) Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

Και οι τρεις παραπάνω τεχνολογίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την συγκεκριμένη διαδικασία, επομένως το ερώτημα που πρέπει να απαντηθεί είναι το ποια είναι η κατάλληλη τεχνολογία ανάλογα με την εφαρμογή που έχει ο καθένας και τελικά ποια είναι τα πλεονεκτήματα και ποια τα όρια της κάθε μιας.
Η QControl η οποία είναι ο αποκλειστικός αντιπρόσωπος της Hitachi Hitech AS (πρώην Oxford Instruments) για Ελλάδα και Κύπρο, για τα παραπάνω έχει να προτείνει τις παρακάτω λύσεις:

1. Μετακινούμενοι και φορητοί φασματογράφοι Optical Emission Spectroscopy (OES)

Η συγκεκριμένη τεχνολογία είναι μονόδρομος στις περιπτώσεις που υπάρχει ανάγκη:
a. Μεγάλης ακρίβειας στις μετρήσεις, όπου ακόμα και το δεύτερο δεκαδικό στα αποτελέσματα είναι σημαντικό
b. Ιδιαίτερα χαμηλά όρια ακόμα και σε δύσκολα στοιχεία, όπως Τιτάνιο (Ti), Βανάδιο (V) και Αλουμίνιο (Al) σε Low Alloy Steels
c. Ανίχνευση στοιχείων που δεν είναι δυνατόν με τις υπόλοιπες, με πιο χαρακτηριστικό τον άνθρακα (C) στους χάλυβες, αλλά και το άζωτο (N2) στα ανοξείδωτα.

Παράλληλα όμως θα πρέπει να ξέρουμε ότι:
a. Η μέθοδος αυτή είναι καταστροφική, μιας και αφήνει ένα σημάδι καψίματος επιφάνεια
b. Απαιτεί καλό καθάρισμα της επιφάνειας του δοκιμίου προκειμένου να έχουμε αξιόπιστα αποτελέσματα
c. Δεν μπορεί να αναλύσει σκόνες και ρινίσματα
d. Απαιτεί τη χρήση αερίου Ar καθαρότητας 99,999%

Για την συγκεκριμένη τεχνολογία οι προτεινόμενες λύσεις είναι οι:
Φορητός φασματογράφος PMI Master Smart 
Μετακινούμενος φασματογράφος PMI Master Pro2 

2. Φορητοί φασματογράφοι (τύπου πιστόλι) X-Ray Fluorescence (XRF)

Η τεχνολογία αυτή θα πρέπει να επιλεγεί όταν:
a. Απαιτείται ανάλυση μη καταστρεπτικά
b. Υπάρχει ανάγκη ανάλυσης πιο ιδιαίτερων δειγμάτων, όπως υγρά, σκόνη και ρινίσματα
c. Οι αναλυτικές ανάγκες δεν καλύπτονται από τις εργοστασιακές βαθμονομήσεις και χρειάζεται η δημιουργία custom βαθμονομήσεων
d. Εκτός από την λειτουργία PMI χρειαζόμαστε και εξειδικευμένες μετρήσεις πάχους επικαλύψεων (πχ επιμεταλλώσεις με πάχος nm)

Βέβαια δεν πρέπει να παραβλέψουμε ότι:
a. Η δυνατότητα ανάλυσης ξεκινάει από το Mg και μετά, γεγονός που σημαίνει ότι διάφορα στοιχεία που είναι κρίσιμα σε αρκετές εφαρμογές δεν καλύπτονται (πχ άνθρακας C σε κράματα χάλυβα)
b. Η ενσωμάτωση της τεχνολογίας X-Ray δημιουργεί προβληματισμούς και ενδεχομένως περιορισμούς στη χρήση, λόγω της ανάγκης επιπλέον προσοχής κατά την λειτουργία
c. Ανάλογα με το κράμα ο χρόνος ανάλυσης ποικίλει και βασίζεται στην εμπειρία του χειριστή για το ποιος είναι ο κατάλληλος (ενδεικτικά για τα κράματα Fe μέσα σε 5 sec έχουμε αποτέλεσμα, ενώ σε κάποια κράματα Al που ενδιαφέρει ιδιαίτερα το Mg)

Για την συγκεκριμένη τεχνολογία η προτεινόμενη λύση είναι ο Φορητός φασματογράφος X-MET 8000

3.  Φορητοί φασματογράφοι (τύπου πιστόλι) Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

Η σχετικά νέα εναλλακτική πρόταση στην ανάλυση μετάλλων και ταυτοποίηση με τα αντίστοιχα κράματα, υπερέχει στα παρακάτω σημεία:
a. Είναι η πιο γρήγορη μέθοδος μιας και μας δίνει αξιόπιστα αποτελέσματα μέσα σε ένα (1) δευτερόλεπτο
b. Λόγω της απουσίας ακτινοβολίας X, είναι πολύ πιο ασφαλής στον χειρισμό και δεν απαιτεί καμία ειδική άδεια
c. Αναλύει ακόμα και πολύ μικρά δοκίμια χωρίς επιπλέον αξεσουάρ μιας και το σημείο ανάλυσης δεν χρειάζεται να υπερβαίνει το 1mm διάμετρο
d. Είναι πιο οικονομικό σε σχέση με τα αντίστοιχα XRF
e. Ειδικά για τα κράματα αλουμινίου η σχέση τιμής και απόδοσης, το καθιστά μια πολύ καλή επιλογή

Και εδώ όμως θα να σημειωθεί ότι:
a. Όπως και στα XRF έτσι και εδώ κάποια από τα στοιχεία που είναι κρίσιμα σε αρκετές εφαρμογές δεν καλύπτονται (πχ άνθρακας C σε κράματα χάλυβα)
b. Δεν υπάρχει δυνατότητα να φτιάξουμε δικές μας βαθμονομήσεις επομένως θα πρέπει να δούμε κατά πόσο μας καλύπτουν οι εργοστασιακές
c. Μετά το πέρας της ανάλυσης, το laser αφήνει ένα πολύ μικρό δυσδιάκριτο σημάδι στην επιφάνεια, και για αυτό το λόγο δεν μπορούμε να χαρακτηρίσουμε την διαδικασία ως Μη Καταστρεπτική

Για την συγκεκριμένη τεχνολογία η προτεινόμενη λύση είναι ο Φορητός φασματογράφος Vulcan 

Συμπερασματικά λοιπόν καταλήγουμε ότι η επιλογή της κατάλληλης μεθόδου βασίζεται κυρίως στις ανάγκες της εφαρμογής, στο είδος και την μορφή των δοκιμίων και βέβαια στις αναλυτικές ανάγκες που υπάρχουν.

Άρα συνοψίζοντας :
Οι φασματογράφοι OES παρέχουν την βέλτιστη ακρίβεια αλλά σε σχέση με τις άλλες δύο τεχνολογίες, λόγω μεγέθους και κατασκευής δεν διακρίνονται για την ίδια ευκολία στην μεταφορά. Επιπλέον απαιτούν καλή προετοιμασία της επιφάνειας, ενώ ο χειριστής χρειάζεται κάποια εκπαίδευση για τον χειρισμό και την συντήρηση
Οι τεχνολογίες XRF και LIBS είναι μακράν πιο μικρές και ελαφριές, άρα πιο φορητές αλλά υστερούν στο εύρος στοιχείων που μπορούν να ανιχνεύσουν
• Αν το ζητούμενο είναι η ταχύτητα λόγω μεγάλου όγκου δοκιμίων προς ανάλυση, τότε οι φασματογράφοι LIBS είναι η προφανής επιλογή
• Αν τα δοκίμια που θέλουμε να αναλύσουμε ποικίλουν σε σχήμα και μορφή και επιπλέον απαιτείται ΜΚΕ, τότε η μόνη επιλογή είναι τα XRF

Μετακινούμενοι και φορητοί φασματογράφοι Optical Emission Spectroscopy (OES) 3. Φορητοί φασματογράφοι (τύπου πιστόλι) Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) Φασματογράφος Μετάλλων