DD270979A1 - Verfahren zur identifizierung von metallischen legierungen mittels roentgenfluoreszenz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung von metallischen Legierungen mittels Roentgenfluoreszenz. Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Identifizierung bzw. Unterscheidung metallischer Legierungen (z. B. Einschmelzlegierungen) mit bzw. von bekannten Legierungen, z. B. genormten Legierungen, mit geringer Schwankungsbreite der Hauptkomponenten. Es ist bevorzugt einsetzbar fuer Eingangs- und Verwechslungskontrollen. Das Verfahren arbeitet auf der Grundlage der Roentgenfluoreszenz. Die Roentgenfluoreszenzstrahlung wird nicht spektroskopisch, sondern nur mit einem Absorptionsfilter, dessen Unstetigkeitsstelle zwischen den Energien der intensivsten Fluoreszenzstrahlungskomponenten der Legierung liegt, gemessen und die Messwerte werden mit den entsprechenden Messwerten bekannter Legierungen verglichen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung bzw. Unterscheidung metallischer Legierungen (2. B. Einschmelzlegierungen) mit bzw. von bekannten Legierungen, z. B. genormten Legierungen, mit geringer Schwankungsbreite der Hauptkomponenten. Es ist bevorzugt einsetzbar für Eingangs- und Verwechslungskontrollen. Das Verfahren arbeitet auf der Grundlage der Röntgenfluoreszenz.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es gibt eine Reihe von Verfahren, welche aus der Analyse der Röntgenfluoreszenzstrahlung einer metallischen Legierungsprobe auf deren Zusammensetzung schließen (vgl. R. Jenkins, R.W. Gould und D.Gedcke, „Quantitative X-Ray Spectrometry", Marcel Dekker: New York 1981 als Übersicht; speziell zur Legierungsanalyse vgl. P.Kovacs und M. Kis-Varga,X-ray Spectrom. 15 [1986] 221 und J.M.Griffith and H.W. M. Webster, X-Ray Spectrom. 15 [1986] 61). Diese Verfahren sind entsprechend ihrer Zielstellung für die qualitative und die quantitative Analyse ausgerüstet, weshalb sie weitaus mehr Informationen liefern, als zur einfachen ' Identifizierung nötig sind. So wird bei Geräten, die diese Verfahren anwenden, die Fluoreszenzstrahlung der Probe hinsichtlich ihres Energie-Intensitäts-Zusammenhangs untersucht (Spektrometrie), um daraus mit Hilfe bekannter Algorithmen (vgl. R. Tertian, X-Ray Spectrom. 15 [1986J177) auf die Elementzusammensetzung der Probe zu schließen. Mit dieser Spektrometrie der Fluoreszenzstrahlung, die eigentlich nur ein Hilfsmittel zum Zweck der quantitativen Analyse ist, verbindet sich ein hoher experimentell-methodischer Aufwand, der zu hohen Kosten führt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Vergleich unbekannter Legierungen mit bekannten, z. B. genormten Legierungen bezüglich ihrer metallischen Hauptkomponenten, um sie mit ihnen gegebenenfalls zu identifizieren. Dieser Vergleich soll mit möglichst einfachen Mitteln erfolgen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren auf der Grundlage der Röntgenfluoreszenz anzugeben, das möglichst ohne explizierte Analyse der Zusammensetzung der Legierung eine Identifizierung mit bzw. Unterscheidung von bekannten, evtl. genormten Legierungen gestattet.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in der Bestrahlung der Legierung mit energiereicher Primärstrahlung und der Messung der emittierten Röntgenfluoreszenzstrahlung und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Fluoreszenzstrahlung nicht spektroskopisch, sondern nur mit einem Absorptionsfilter, dessen Unstetigkeitsstelle („Absorptionskante") zwischen den Energien der intensivsten Fluoreszenzstrahlungskomponenten der Legierung liegt, gemessen wird und die Meßwerte mit den unter gleichen Bedingungen gewonnenen Meßwerten bekannter („genormter") Legierungen verglichen werden.

Die Erfindung erlaubt den Einsatz einer sehr einfachen Detektionseinheit, die keinerlei spektroskopische Eigenschaften zu besitzen braucht. Erfindungsgemäß ist diese Einheit mit einem Absorptionsfilter ausgerüstet, das die Fluoreszenzstrahlung der Legierungsprobe in Abhängigkeit von ihrer energetischen Zusammensetzung modifiziert. Es sind dabei solche Filtermaterialien zu benutzen, deren Absorptionskante energetisch zwischen den Fluoreszenzkomponenten zweier Legierungselemente liegt, deren Konzentration für eine betrachtete Klasse von Legierungen groß ist (Hauptelement). Dazu können die bekannten Absorptionscharakteristika (vgl. z.B. W.J.Veigele, At. Data Tables, 5 [1973] 51) benutzt werden.

In der Regel ist eine einzige Messung mit einem Filtermaterial ausreichend, auch wenn die zu vergleichenden Legierungen mehr als zwei Hauptbestandteile enthalten.

Für den Fall, daß bei zwei Legierungen, die sich aber in Hauptkomponenten unterscheiden, derselbe Meßwert auftritt und damit also keine Differenzierung möglich ist, ist eine zweite Messung mit einem anderen Filtermaterial auszuführen. Gegebenenfalls muß die Zahl der Filter und damit die Zahl der Messungen weiter erhöht werden. Auch dient eine zusätzliche Messung, auch

wenn sie vom Prinzip nicht notwendig ist, auf jeden Fall einer höheren Präzision und damit einer größeren Meßsicherheit. Es ist dabei möglich, mit nur einem Detektor zu arbeiten, der in mehreren nacheinander erfolgenden Messungen die Fluoreszenzsignale für die verschiedenen Absorptionsfilter registriert. Genauso ist es aber auch möglich, parallel mit mehreren Detektoren zu messen, die mit unterschiedlichen Filtern versehen sind.

Die Ergebnisse der N Einzelmessungen (N ist die Zahl der nacheinander oder gleichzeitig ausgeführten Messungen mit verschiedenem Absorptionsfiltermaterial) bilden einen Ergebnisvektor

(Y₁-Y₂ Yn)

dessen Abstand zu dem in gleicher Weise ermittelten (und abgespeicherten) Ergebnisvektor für eine Legierung A ₂[A] Y_n[A])

berechnet wird. Liegt dieser Abstand innerhalb einer gewissen Umgebung, welche durch die Präzision der Messung gegeben ist, dann wird die unbekannte Meßprobe mit der Legierung A identifiziert.

Dabei lassen sich nur diejenigen Legierungen identifizieren, deren Daten mit Hilfe von Normalproben vorher bestimmt worden sind und die dann zum Vergleich vorliegen. Deren Ergebnisvektoren müssen sich im Maße gewisser, durch die Meßunsicherheit gegebener Signifikanzwerte voneinander unterscheiden. Tun sie das nicht, so ist, wie bereits ausgeführt, die Zahl N der Einzelmessungen durch Hinzufügen weiterer Filtermaterialien zu erhöhen.

Die Effizienz des Verfahrens hängt ab von der Zahl N der unabhängigen Meßgrößen (Zahl der unterschiedlichen Filter) und der geschickten Wahl der Filtermaterialien sowie deren Dicken. Letztere sind so zu dimensionieren, daß eine hinreichende Absorption und damit Filterwirkung stattfindet, wobei aber noch eine genügende Durchlässigkeit vorhanden sein muß. Günstig sind solche Dicken, bei denen die Flächenmasse des Filters etwa dem reziproken Massenschwächungskoeffizienten für eine Energie knapp unterhalb der Absorptionskante entspricht.

Ausführungsbeispiel

Es soll geprüft werden, ob eine gegebene Probe mit einer der in der Tabelle aufgeführten Legierungen identifiziert werden kann.

Dazu wird eine Vorrichtung eingesetzt, die aus einer mit 25 kV betriebenen Röntgenröhre und einem Propotionalzählrohr einschließlich Verstärkerelektronik besteht. Einem Auswerterechner werden von dieser Apparatur lediglich die Gesamtzahl der registrierten Impulse—ohne jegliche spektroskopische Information—zugeführt. Im Strahlengang zwischen der Probe und dem Zählrohr befindet sich ein Fe-Absorber (Dicke etwa 10 pm).

Die Tabelle zeigt für jede der einbezogenen Legierungen die Zählrate einschließlich des experimentell bedingten Signifikanzwertes für eine Meßzeit von 100 s. Diese Daten sind in einem Auswerterechner gespeichert. Die unbekannte Legierung wird unter den gleichen Bedingungen gemessen.

Da sich hier der Ergebnisvektor auf eine einzige Komponente reduziert, werden nacheinander die Abstände der gemessenen Zählrate zu den gespeicherten Zählraten der einzelnen Legierungen berechnet. Ist eine dieser Differenzen für eine dertabellierten Legierungen kleiner als der zugehörige Signifikanzwert, so wird die Probe mit dieser Legierung identifiziert.

Im vorliegenden Beispiel genügt also eine einzige (erfindungsgemäß erzeugte) Meßinformation, um die betreffenden Legierungen zu unterscheiden. Voraussetzung für eine Identifizierung ist, daß die unbekannte Legierung ein Element der Menge der (genormten) Legierungen ist, deren Meßwerte abgespeichert vorliegen.

Tabelle

Zusammenstellung der Zählraten für einen ausgewählten Satz von genormten Einschmelzlegierungen. Die zugehörigen Signifikanzwerte in Klammern (hier gleich der doppelten Standardabweichung) gelten für eine Meßzeit von 100s.

Material Zählrate und Signifikanzwert (s

Fe	612(5)
FeNi44	440(4)
FeNi48	411(4)
FeNi 28Co 18	502(4)
FeNi32Co20	473(4)

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Identifizierung von metallischen Legierungen mittels Röntgenfluoreszenz, bestehend aus der Bestrahlung der Legierung mit energiereicher Primärstrahlung und der Messung der emittierten Röntgenfluoreszenzstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenfluoreszenzstrahlung mit einem Absorpfionsfilter, dessen Unstetigkeitsstelle zwischen den Energien der intensiven Fluoreszenzstrahlungskomponenten der Legierung liegt, gemessen wird und die Meßwerte mit den unter gleichen Bedingungen gewonnenen Meßwerten bekannter Legierungen verglichen werden.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen mit zwei oder mehr verschiedenen Absorptionsfiltern durchgeführt werden.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenmasse des Absorptionsfilters etwa dem reziproken Massenschwächungskoeffizienten der Legierung für eine Energie knapp unterhalb der Absorptionskante entspricht.