DD270979A1

DD270979A1 - METHOD FOR IDENTIFYING METALLIC ALLOYS BY ROENTGENFLUORESCENCE

Info

Publication number: DD270979A1
Application number: DD31452688A
Authority: DD
Inventors: Hans-Juergen Thomas; Volker Roessiger; Siegfried Riedel; Guenther Conrad
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1989-08-16

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.The invention relates to a method for identifying metallic alloys by means of X-ray fluorescence. The invention includes a method for identifying or distinguishing metallic alloys (eg fused alloys) with or from known alloys, e.g. As standardized alloys, with little fluctuation of the main components. It is preferably used for entrance and confusion checks. The method works on the basis of the X-ray fluorescence. The X-ray fluorescence radiation is not measured spectroscopically, but only with an absorption filter whose point of discontinuity lies between the energies of the most intense fluorescence radiation components of the alloy, and the measured values are compared with the corresponding measured values of known alloys.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to a method for the identification or differentiation of metallic alloys (eg B. melts alloys) with or from known alloys, eg. As standardized alloys, with little fluctuation of the main components. It is preferably usable for entrance and confusion checks. The method works on the basis of X-ray fluorescence.

Characteristic of the known technical solutions

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.There are a number of methods which conclude their composition from the analysis of the X-ray fluorescence radiation of a metallic alloy sample (see R. Jenkins, RW Gould and D. Gedcke, "Quantitative X-Ray Spectrometry", Marcel Dekker: New York 1981 for a review especially for alloy analysis, see P.Kovacs and M. Kis-Varga, X-ray Spectrom 15 [1986] 221 and JM Griffith and HWM Webster, X-Ray Spectrom 15 [1986] 61) For this reason, they provide much more information than is needed for simple identification, and for devices that use these methods, the fluorescence radiation of the sample is analyzed for its energy-intensity relationship (spectrometry). in order to deduce the elemental composition of the sample with the help of known algorithms (see R. Tertian, X-Ray Spectrom., 15 [1986J177].) With this spectrometry e of the fluorescent radiation, which is actually only an aid for the purpose of quantitative analysis, combines a high experimental-methodological effort, which leads to high costs.

Object of the invention

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.The aim of the invention is a comparison of unknown alloys with known, for. For example, standard alloys may be used to identify their major metallic components to identify them with them. This comparison should be done with the simplest possible means.

Explanation of the essence of the invention

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.The object of the invention is to provide a method on the basis of X-ray fluorescence, which allows identification of or differentiation from known, possibly standardized alloys, if possible without explicit analysis of the composition of the alloy.

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.The inventive method consists in the irradiation of the alloy with high-energy primary radiation and the measurement of the emitted X-ray fluorescence and is characterized in that the fluorescence radiation not spectroscopically, but only with an absorption filter whose discontinuity ("absorption edge") between the energies of the most intense fluorescence radiation components of the alloy is measured, and the measured values are compared with the measured values of known ("standardized") alloys obtained under the same conditions.

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.The invention allows the use of a very simple detection unit, which need not have any spectroscopic properties. According to the invention, this unit is equipped with an absorption filter which modifies the fluorescence radiation of the alloy sample as a function of its energetic composition. There are those filter materials to use, the absorption edge is energetically between the fluorescent components of two alloying elements whose concentration is large for a class of alloys considered (main element). For this, the known absorption characteristics (see, for example, W.J. Geigele, At. Data Tables, 5 [1973] 51) can be used.

In der Regel ist eine einzige Messung mit einem Filtermaterial ausreichend, auch wenn die zu vergleichenden Legierungen mehr als zwei Hauptbestandteile enthalten.In general, a single measurement with a filter material is sufficient, even if the alloys to be compared contain more than two main constituents.

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, auchIn the event that in two alloys, but differ in major components, the same measured value occurs and therefore no differentiation is possible, a second measurement with another filter material is carried out. If necessary, the number of filters and thus the number of measurements must be further increased. Also serves an additional measurement, too

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.if it is not necessary from the principle, in any case a higher precision and thus a greater measuring reliability. It is possible to work with only one detector, which registers the fluorescence signals for the various absorption filters in several successive measurements. However, it is equally possible to measure in parallel with several detectors that are provided with different filters.

Die Ergebnisse der N Einzelmessungen (N ist die Zahl der nacheinander oder gleichzeitig ausgeführten Messungen mit verschiedenem Absorptionsfiltermaterial) bilden einen ErgebnisvektorThe results of the N single measurements (N is the number of consecutively or simultaneously performed measurements with different absorption filter material) form a result vector

(Y₁-Y₂ Yn)(Y ₁ -Y ₂ Yn)

dessen Abstand zu dem in gleicher Weise ermittelten (und abgespeicherten) Ergebnisvektor für eine Legierung A ₂[A] Y_n[A])its distance from the result vector determined in the same way (and stored) for an alloy 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.is calculated. If this distance is within a certain environment, which is given by the precision of the measurement, then the unknown test sample is identified with the alloy A.

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.In this case, only those alloys can be identified whose data have been previously determined with the aid of normal samples and which are then available for comparison. Their result vectors must differ from one another to some extent due to the significance of the significance given by the uncertainty of measurement. If they do not, then, as already stated, the number N of individual measurements should be increased by adding further filter materials.

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.The efficiency of the method depends on the number N of independent measured variables (number of different filters) and the skillful choice of filter materials and their thicknesses. The latter are to be dimensioned so that a sufficient absorption and thus filter effect takes place, but still a sufficient permeability must be present. Favorable are those thicknesses in which the basis weight of the filter corresponds approximately to the reciprocal mass attenuation coefficient for an energy just below the absorption edge.

embodiment

Es soll geprüft werden, ob eine gegebene Probe mit einer der in der Tabelle aufgeführten Legierungen identifiziert werden kann.It should be checked if a given sample can be identified with one of the alloys listed in the table.

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).For this purpose, a device is used which consists of a 25 kV operated x-ray tube and a propotional counter including amplifier electronics. An evaluation computer is supplied by this apparatus only the total number of registered pulses-without any spectroscopic information. In the beam path between the sample and the counter tube is a Fe absorber (thickness about 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.The table shows for each of the included alloys the count rate including the experimental significance value for a measurement time of 100 s. These data are stored in an evaluation computer. The unknown alloy is measured under the same conditions.

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.Since the result vector reduces here to a single component, the intervals between the measured count rate and the stored count rates of the individual alloys are calculated one after the other. If one of these differences is less than the associated significance value for a derated alloy, the sample is identified with this alloy.

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.In the present example, therefore, a single measurement information (generated according to the invention) is sufficient to distinguish the alloys in question. The prerequisite for an identification is that the unknown alloy is an element of the quantity of (standardized) alloys whose measured values are stored.

table

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.Compilation of count rates for a selected set of standard fusible alloys. The associated significance values in brackets (here equal to twice the standard deviation) apply for a measuring time of 100 s.

Material Zählrate und Signifikanzwert (sMaterial count rate and significance value (s

FeFe 612(5)612 (5) FeNi44FeNi44 440(4)440 (4) FeNi48FeNi48 411(4)411 (4) FeNi 28Co 18FeNi 28Co 18 502(4)502 (4) FeNi32Co20FeNi32Co20 473(4)473 (4)

Claims

Invention claim:

1. A method for the identification of metallic alloys by means of X-ray fluorescence, consisting of the irradiation of the alloy with high-energy primary radiation and the measurement of the emitted X-ray fluorescence, characterized in that the X-ray fluorescence with an absorptive filter, the point of discontinuity between the energies of the intense fluorescent radiation components of the alloy is measured and the measured values are compared with the measured values of known alloys obtained under the same conditions.

2. The method according to item 1, characterized in that the measurements are carried out with two or more different absorption filters.

3. The method according to item 1, characterized in that the basis weight of the absorption filter corresponds approximately to the reciprocal mass attenuation coefficient of the alloy for an energy just below the absorption edge.