L'Identificazione positiva dei materiali (PMI) risulta fondamentale nei settori del manifatturiero, della produzione petrolchimica e dei prodotti di consumo. È importante usare il metallo o la lega ottimale per una determinata componente ma è altrettanto importante assicurarsi che non esistano anomalie nella composizione del materiale, come ad esempio la contaminazione con metalli pesanti. La fluorescenza a raggi X (XRF) rappresenta una tecnologia pratica e di facile applicazione per l'Identificazione positiva dei materiali delle componenti per confermare l'uso del metallo o della lega ottimali.
L'analizzatore XRF è portatile, richiede una preparazione minima dei campioni e fornisce una risposta velocemente: Per l'identificazione delle leghe, la quale rappresenta una delle applicazioni XRF più comuni, l'identificazione della qualità di lega può spesso essere realizzata in soli 1–2 secondi con il nostro analizzatore XRF Vanta™.
Composizione del materiale
L'analizzatore XRF portatile è in grado di quantificare più del 90% degli elementi della tavola periodica, dal magnesio agli elementi più pesanti.In questo modo si coprono la maggior parte degli elementi usati nelle leghe commerciali. La Figura 1 mostra i limiti di rilevamento rappresentativi1 per i comuni elementi delle leghe.Con questa capacità di rilevamento, l'analizzatore XRF è in grado di realizzare delle corrispondenze di lega positive per le leghe di alluminio, gli acciai inossidabili, le leghe di cromo-molibdeno, numerosi materiali di flange o tubazioni, leghe di ottone, leghe di bronzo, leghe di rame, stagno, leghe di titanio, acciai per utensili e numerose "superleghe" basate su nichel o cobalto.
Figura 1: Limiti di rilevamento rappresentativi per i comuni elementi di leghe1.
Gli analizzatori XRF portatili non sono in grado di misurare direttamente gli elementi più leggeri del magnesio. Questi includono gli elementi delle leghe come il litio, il berillio e il carbonio. Questi elementi possono risultare importanti in diverse applicazioni:
- Litio in alcune leghe di alluminio aerospaziali
- Berillio in alcune leghe di rame
- Carbonio in numerosi acciai basso legati
Ad ogni modo, la qualità di lega di numerosi di questi materiali può essere ancora identificata in base alla composizione dei loro elementi. Tuttavia, se si vuole quantificare questi elementi leggeri sono necessari altri metodi analitici.
Condizioni del campione
Il funzionamento degli analizzatori XRF può essere sintetizzato come segue: 1) Emissione dei raggi X; 2) Ritorno dei raggi X al rilevatore; 3) Esecuzione di calcoli matematici complessi per l'elaborazione dei dati; (4) Identificazione della qualità di lega (Figura 2). Quella XRF è una tecnica di misura superficiale. Nelle leghe leggere come l'allumino, gli analizzatori XRF possono solo misurare alcune centinaia di micron nella superficie del campione. Per i principali metalli, come ad esempio il ferro e il rame, è possibile misurare meno di un centinaio di micron nella parte superficiale del campione.Invece per i materiali densi, come ad esempio l'oro o il piombo, misura solo alcune decine di micron nella parte superficiale del campione. L'aspettativa che la superficie del materiale rifletta con precisione la composizione della sua parte interna rappresenta un aspetto critico. Contaminanti superficiali come, ad esempio, vernice, isolanti e prodotti galvanizzanti, possono produrre dei risultati analitici decisamente forvianti. Allo stesso modo, residui di sabbiatura, molatura o perfino sporco, possono impedire una corretta Identificazione positiva dei materiali. È importante che il campione sia pulito prima di procedere con l'analisi mediante gli analizzatori XRF.
Figura 2: Il processo di identificazione positiva dei materiali mediante la fluorescenza a raggi X.
Gli analizzatori XRF portatili utilizzano un tubo a raggi X a basso voltaggio. Visto che i raggi X in trasmissione e ricezione possiedono un basso voltaggio, è importante che l'analizzatore sia posizionato in prossimità del campione. Idealmente, il campione sarà a contatto diretto con la superficie dello strumento. Questo potrebbe risultare difficoltoso se il proprio campione ha una forma complessa, tuttavia gli analizzatori Vanta possiedono un profilo stretto il quale gli consente di avvicinarsi considerevolmente a campioni di forma obliqua, come ad esempio una flangia saldata a una tubazione a 90°.
Temperatura superficiale del campione
Le proprietà fisiche dei raggi X negli analizzatori XRF rimangono essenzialmente invariate in seguito a cambiamenti delle temperature dei campioni.Inoltre l'analizzatore XRF Vanta è stato progettato per assicurare delle performance indipendentemente dalle variazioni delle condizioni ambientali. Lo strumento funziona senza essere soggetto a deriva termica o alterazione delle performance con temperature comprese tra -10 °C e 50 °C (14–122 °F).2
Senza modifica, gli analizzatori Vanta possono misurare campioni a temperature fino a approssimativamente 100 °C (212 °F).Al di sopra di queste temperature, la pellicola in Prolene applicata in corrispondenza dell'apertura di analisi dello strumento è soggetta a danni.Nel caso di analisi a alta temperatura Olympus offre come alternativa una componente frontale. Questa componente frontale integra una pellicola in Kapton che permette allo strumento di misurare campioni fino a 315 °C (600 °F).
Conclusione
La fluorescenza a raggi X rappresenta un'efficiente tecnica per l'identificazione positiva dei materiali.Attraverso le sue efficaci funzionalità analitiche e la sua facilità d'uso, le Identificazioni positive dei materiali possono essere eseguite in modo veloce e affidabile.Questo non contribuisce solamente a evitare un calo in termini produttivi ma, aspetto più importante, previene il verificarsi di infortuni o incidenti mortali derivati dall'impiego di un materiale erroneo per una componente.
[1] I limiti di rilevamento sono influenzati dalla durata di analisi, dal tipo di campione e dalla combinazione di elementi che interferiscono con l'analisi. Questi valori dovrebbero essere rappresentativi ma possono variare in funzione dei campioni e delle condizioni di analisi.Sono forniti solo a titolo indicativo.
[2] Con una ventola opzionale. Il gruppo ventola possiede un grado di protezione IP56. Funziona continuativamente a 33 °C senza ventola.
