JPH0210144A - 皮膜の厚みと組成の同時測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、各種皮膜の厚みと組成を同時に且つ正確に測
定することが可能な皮膜の厚みと組成の同時測定方法に
関するものである。

【従来の技術】

各種工業分野において、種々の皮膜が存在する。 皮膜は、金属めっきのように、被めっき材に優れた特性
を付与する目的で施される場合と、自然発生的、不可避
的に生成する場合とがある。前者の場合、各種の金属め
っきのほかに、塗装膜、溶射皮膜、蒸着膜等が知られて
いる。一方後者の場合、金属の腐食で生ずる錆、金属材
の製造過程で生じる酸化皮膜等かある。 いずれの場合においても、その皮膜の組成及び厚みを同
時に且つ正確に測定すること′が強く望まれている。例
えは、各種合金めっき鋼板では、めっき皮膜が耐食性、
加工性、溶接性、塗膜密着性等の特性に優れていること
が望まれているが、これらの特性は、めっき層の組成と
厚みのそれぞれと密接な関係があることが、多くの事例
で明らかにされている。そのため、めっき鋼板の製造者
は、組成と厚みを迅速且つ正確に測定し、この測定値に
基づいて、理想的な組成及び厚みとなるように工程管理
を行う必要に迫られている。更に、最近の生産性重視の
傾向から、測定は非破壊で連続的で行うことが強く望ま
れている。 皮膜の厚みを非破壊・連続的に測定する方法としては、
螢光Ｘ線法による測定が広く用いられている。この方法
は、特性Ｘ線等を皮膜に照射し、皮膜を構成する元素か
ら螢光Ｘ線を発生させ、予め求めておいな螢光Ｘ線強度
と厚みとの関係に照して、厚みを測定するものである。 一方、皮膜の組成を非破壊・連続的に測定する方法とし
ては、Ｘ線回折法による測定が広く用いられている。こ
の方法は、皮膜に特性Ｘ線を照射して、皮膜中の１種以
上の結晶物質からの回折Ｘ線を発生させ、予め求めてお
いた回折Ｘ線強度と結晶物質の量との関係から、結晶物
質の量を求めるものである。 例えば、溶融亜鉛めっき鋼板に合金化処理を施して鉄と
亜鈴の合金層を形成したガルバニールド鋼板の製造ライ
ンにおいては、そのめっき皮膜の厚み（又はめつき付着
量）は、めっき皮膜に特性Ｘ線を照射して、めっき皮膜
を構成する亜鉛のにα線（亜鉛の螢光Ｘ線）の強度を測
定し、予め求めておいたＺｎ　−にα線の強度とめつき
付着量の関係から、めっき付着量を測定する方法が広く
採用されている。 一方、めっき皮膜の組成については、めっき皮膜の特性
とめつき皮膜中の鉄濃度とが密接な関係を有することか
ら、めっき皮膜中の鉄濃度を測定する必要があるが、例
えは特開昭６０−１６９５５３、特開昭６１−９９６８
８、特開昭６１−１４８３５５に開示されているように
、めっき皮膜に特性Ｘ線を照射して、めっき皮膜中のＦ
ｅ　−Ｚｎ合金結晶の回折Ｘ線の強度を測定する、いわ
ゆるＸ線回折法を用いた技術の存在が知られている。 いずれにしても従来は、皮膜の組成と厚みをそれぞれ螢
光Ｘ線法とＸ線回折法の２つの方法によって独立して測
定するのが通例である。 従って、従来は、各方法毎に別個のＸ線管球を保有し、
それぞれ独立した測定光学系からなる独立した測定ヘッ
ド、あるいは、全く別体の２つの測定装置を用いて、皮
膜の厚みと組成をそれぞれ独立して測定していた。 しかしながら、このように２つの方法を独立して行うの
では、測定装置を設置するにあたって、設置スペースを
多く必要とし、これに起因して他の必要設備が配置上の
制約を受けることになる。 又、測定装置の本体価格も高くなると同時に、測定装置
の付帯設備費も多大となる。更に、皮膜の厚みと組成は
同一測定個所を同時に測定することが、工程管理上から
、又、特性把握の上から重要であるが、測定ヘッドが分
離しているため、同一場所を同時に測定することが不可
能である等の問題点を有していた。 更に、皮膜の厚み及び組成の測定値は、Ｘ線測定法で測
定する場合の本質的問題点として、厚みは組成の影響を
受け、逆に組成は厚みの影響を受ける場合が多く、発明
者らの知見では、例えばガルバニールド鋼板のめつき皮
膜厚みくめつき付着量）は、めっき付着量を螢光Ｘ＃、
法で測定したとき、めっき付着量６０ｑ／ｖ２での測定
誤差（標準偏差）がσ＝２．６（１／ｉ２程度であり、
鉄濃度１０％での標準偏差はσ＝０．６％Ｆｅであり、
いずれ−も必ずしも充分ではなかった。 このような問題点を解消するものとして、出願人は既に
特開昭６１８８１２８で、測定対象に特性Ｘ線及び白色
Ｘ線を照射し、該特性Ｘ線の、合金皮膜の金属間化合物
による回折Ｘ線の回折角を検出して、該回折角から合金
皮膜の組成を測定すると共に、前記白色Ｘ線による合金
皮膜中の下地金属と異なる金属からの螢光Ｘ線の強度を
検出して、該螢光Ｘ線強度及び前記合金皮膜組成から合
金皮膜の厚みを同時に測定する方法を提案している。 しかしながら、この方法においては、合金皮膜の組成を
、その金属間化合物による回折Ｘ線の回析角から検出す
るようにしていたため、ゴニオメータ等を用いて検出器
を移動させながら回折角を検出する必要があり、可動部
分が必要であるだけでなく、ゴニオメータ等の精密な可
動部を測定対象上に配置する必要があり、特にオンライ
ンに設置する場合には、必ずしも適切な構造とは言えな
かった。

【発明が達成しようとする課Ｍ］ 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、可動部分を含まない簡単な構成の測定ヘッドを用いて、各種皮膜の厚みと組成を同一場所について同時に精度良く測定することが可能な、皮膜の厚みと組成の同時測定方法を提供することを目的とする。 【課題を達成するための手段】

本発明は、単一のＸ線発生源から測定対象皮膜にＸ線を
照射して、皮膜中の結晶性物質の回折Ｘ線強度及び皮膜
構成元素の螢光Ｘ線強度を、少なくとも２つのＸ線強度
検出手段でそれぞれ同時に検出し、両検出値から、同一
測定場所の皮膜の厚みと組成を同時に決定することによ
り、前記目的を達成したものである。

【作用及び効果】

発明者らは、皮膜の厚みと組成の２つの要素を、同一場
所について同時に連続的・非破壊的に測定可能な方法を
、可能な限り安価に達成するために、試行錯誤を繰返し
た結果、次のようなことを知見するに至った。 （１）合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめつき皮膜組成を定
量的に把握する目的で、比較的大容量のＸ線管球（Ｃｒ
ターゲット、３ＫＷ）を有するＸ線回析装置により、回
折Ｘ線強度を測定した際に、測定対象とすべき波高値の
適正なウィンドウ幅を検討するため、波高分布曲線を詳
細に検討した。このとき、めっき皮膜中数種のＦｅ−Ｚ
ｎ系合金結晶のそれぞれの結晶格子面毎の回折Ｘ線（特
性Ｘ線Ｃｒ−にα線）が、特定波高範囲に認められるが
、同様にＺｎ−にα線（螢光Ｘ線）の発生も確認された
。このＺｎ−Ｋａ線について、適正なウィンドウ幅を選
定し、めっき皮膜の厚みくめつき付着量）とＺｎ　−に
α線強度との関係を調査したところ、両者間には密接な
関係があることを見出した。 （２）同様に他のめっき皮膜についても、ターゲットの
異なる種々のＸ線管球（ターゲット：ＣＵ、Ｆｅ、Ｃｒ
、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ）を用いて、皮膜中結晶性物質の回折
強度と、皮膜構成元素の螢光Ｘ線強度とを測定したとこ
ろ、それぞれのＸ線強度と組成及び厚みとに密接な関係
があることがわかった。なお、これらの測定に際して、
ターゲットの種類及び皮膜中の測定対象元素に応じて、
Ｎ■、Ｍｎ　、Ｆｅ等のにβフィルタを使い分けた。 （３）上述のように、Ｘ線回折法による回折Ｘ線強度の
測定値と、螢光Ｘ線法による螢光Ｘ線強度の測定値を、
単一の測定ヘッド内（１台の測定装置内）の単一のＸ線
管球を利用するのみで測定できることを知見した。 （４）又、画法による測定を、同一場所について同時に
行うことによって、次のような技術的有利性のあること
を見出した。即ち、Ｘ線回折法による回折Ｘ線強度は、
皮膜の厚みの影響を受ける。 逆に、螢光Ｘ線法による螢光Ｘ線強度は、皮膜の組成の
影響を受けることがしばしば認められる。 例えば、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめつき皮膜中の鉄
濃度（組成）とめつき付着量（厚み）を測定する場合に
おいて、Ｆｅ−Ｚｎ系合金層からの回折Ｘ線強度は、Ｆ
ｅ−Ｚｎ系合金層の絶対量が同一であっても、付着量が
異なる場合には同一の回折Ｘ線強度が得られない。逆に
、めっき付着量が同一であっても、鉄濃度が異なる場合
、同一の螢光Ｘ線強度は得られない。即ち、相互に補正
しなければ真の値は測定し得ない。従って、真値を求め
るには、画法の測定値を相互に補正する必要がある。こ
れに対して、本発明によれば、Ｘ線回析法と螢光Ｘ線法
による測定が、同一場所について同時に可能であるため
、相互補正が容易で、これを繰返すことによって、鉄濃
度及びめっき付着量それぞれの測定値を真値に近づける
ことができることを知見した。 本発明は、上記のような知見に基づいてなされたもので
、単一のＸ線発生源から測定対象皮膜にＸ線を照射して
、皮膜中の結晶性分質の回折Ｘ線強度及び皮膜構成元素
の螢光Ｘ線強度を、少なくとも２つのＸ線強度検出手段
でそれぞれ同時に検出する。次いで、該検出値から、同
一測定場所の皮膜の厚みと組成を同時に測定する。従っ
て、螢光Ｘ線法に基づく情報とＸ線回折法に基づく情報
を同一場所について同時に測定でき、各種皮膜の厚みと
組成を同時に精度良く測定することができる。 又、上記測定を、可動部分を含まない簡単な構成の一体
式測定ヘッドで行うことが可能となり、機構が簡単で信
頼性が高いだけでなく、従来２台必要であった測定装置
（測定ヘッド）が１台でよく、設置スペースが最少限と
なる。又、付帯設備も含めて測定装置の価格を安くする
ことができる。 更に、同一測定場所において、厚みと組成とを同時測定
できるので、厚みと組成の測定値を相互に補正すること
ができ、その結果、２つの測定精度を高め合うことがで
きる。 又、Ｘ線測定法であるため、非破壊・連続的な測定がで
き、各種めっき鋼帯、カラー塗装鋼帯等の品質管理、製
造条件管理に用いることができる。 以上の特徴から、本発明がもたらす産業上の利点は大き
い。 更に、本発明の方法は、厚みを螢光Ｘ線法で測定するも
のであるので、皮膜構成元素中、特性Ｘ線照射によ・り
螢光を発生する元素であれば、原則的にはその種類を問
わない。又、組成をＸ線回折法で測定するものであるの
で、皮膜中物質は特性Ｘ線照射により回折現象を起す結
晶性物質であればよく、その種類は問わない。 本発明の効果を高めるには、要は、皮膜の厚み及び組成
に応じたＸ線発生源の種類、その容量、更に適当なフィ
ルタを選択し、適当な検出器を用いることが重要である
。又、同時に、“これまでの研究から、組成及び厚みを
測定する場合に基本的に重要なことは、測定対象皮膜の
結晶性物質、その回折面及び皮膜を構成する元素の選択
、及び螢光Ｘ線の種類（Ｋ系列、Ｌ系列、更にα線かβ
線か）の選択を充分に検討することである。

【実施例】

以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 第１図は、本発明方法を実施するための装置の実施例の
全体構成を示したものである。 本実施例においては、一体の測定ヘッド１０に、１個の
Ｘ線管球１２と、少なくとも２個、実施例では４個の検
出器１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ１１４Ｄが配備されている
。 例えば前記検出器１４Ａは、螢光Ｘ線の強度を検出し、
ブラッグの公式を満足する回折角の方向に配設された検
出器１４Ｃは、回折Ｘ線の強度を検出し、該検出器１４
Ｃを挾むように配設された検出器１４Ｂと１４Ｄは、バ
ックグランド強度を検出するようにされている。これら
検出器１４Ａ〜１４Ｄとしては、例えば比例計数管、シ
ンチレーション計数管等、一般的なものを用いることが
できる。 各検出器１４Ａ〜１４Ｄの出力は、それぞれ前置増幅器
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ１１６Ｄ、１６及び主増幅器１
８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ１１８Ｄを介して、波高分析器２
ＯＡ、２０Ｂ、２０Ｃ２２０Ｄに入力される。 各波高分析器２０Ａ〜２０Ｄの出力は、レートメータ２
２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ１２２Ｄで計数された後、レコー
ダ２４に入力される。 以下実施例の作用を説明する。 第２図に示すように、単一のＸ線管球１２の窓から取出
した特性Ｘ線１３を測定対象皮膜８に照射すると、ブラ
ッグの公式を満足する回折角２０方向に皮膜８中の結晶
性物質の回折Ｘ線が得られる。この回折Ｘ線を検出器１
４Ｃで検出して、第３図に示す前置増幅器１６Ｃ−主増
幅器１８Ｃ−波高分析器２０Ｃ−レートメータ２２Ｃの
経路を経てレコーダ２４に記録し、プリンタ等で出力す
るのが、Ｘ線回折法による結晶性物質の分析の概念であ
る。 第３図において、波高分析器２０を用いて、検出器１４
Ｃに入るＸ線を波高分析すると、皮膜８から回折された
特性Ｘ線の他に、連続Ｘ線や螢光Ｘ線も認められる。Ｘ
線回折法では、第４図に示す左側のウィンドウを波高分
析器２０Ｃに設定して、電気的に特性Ｘ線（回折Ｘ線）
だけを弁別し、第３図の糸路で回折Ｘ線特性値を得る。 この際、第４図に示した如く、螢光Ｘ線の波高値が、特
性Ｘ線の波高値と重複せず、且つ、皮膜の厚み測定に有
効な元素の螢光Ｘ線であれば、これも又、波高分析器２
ＯＡに第４図の右側のウィンドウを設定して電気的に弁
別することによって、非分散型螢光Ｘ線法の原理により
、第３図と同様の前置増幅器１６Ａ−主増幅器１８Ａ−
波高分析器２ＯＡレートメータ２２Ａの経路で得た螢光
Ｘ線強度を厚み（付着量）の測定に用いることができる
。 ところで螢光Ｘ線は、回折Ｘ線と異なり、皮膜面を基準
としてＸ線管球１２側であれば、２次元的にほとんどの
位置で検出することができるので、螢光Ｘ線用の検出器
１４Ａは、特定距離、特定方位に設置する必要はない。 従って、実施例のように、検出器を回折Ｘ線測定用（１
４Ｂ〜１４Ｄ）と螢光Ｘ線測定用（１４Ａ）で別個に設
けることができる。 ガルバニールド鋼板のめっき皮膜について、めっき皮膜
の付着量とめっき皮膜中平均鉄濃度を種々変化させ、こ
れらの付着量と平均鉄濃度を、前記Ｘ線管球１２として
、Ｃｒ−ターゲットのＸ線管球（ブロードフォーカスタ
イプ、３に１４）１個と、前記検出器１４Ａ〜１４Ｄと
して、ガス封入型比例計数管４個を設けてなる測定ヘッ
ド１０を有する測定装置により測定した。付着量に関す
る測定対象としては、Ｚｎ　−にα線の螢光Ｘ線強度を
検出器１４Ａで検出し、平均鉄濃度に関する測定対象と
しては、めっき皮膜中Ｆｅ−Ｚｎ系金属間化合物の格子
面間隔約１，２２人の回折Ｘ線強度を検出器１４Ｃで測
定した。この際、回折Ｘ線強度測定用検出器１４Ｃを挾
むように設けた検出器１４Ｂ、１４Ｃでバックグランド
強度（ｃｒ　−にα線）を測定し、検出器１４Ｃで測定
された回折Ｘ線強度のバックグランド補正を行った。又
、波高分析器２ＯＡのウィンドウは、Ｚｎ　−にα線の
平均波高を中心とするウィンドウ幅に設定し、波高分析
器２０Ｂ〜２０Ｄのウィンドウは、Ｃｒ　−にα線の平
均波高を中心とするウィンドウ幅に設定した。 波高分析器２ＯＡの出力に基づく螢光Ｘ線強度の測定値
Ｉｆと、波高分析器２０Ｂ〜２０Ｄの出力に基づく、回
折Ｘ線強度のバックグランド補正後の強度Ｉｄを、予め
求めておいた付着量、鉄製度の検量線（回帰式）に挿入
して、付着量及び鉄濃度をそれぞれコンピュータで計算
した。コンピュータによる計算は、次式（１）、（２）
を基本とし、付着量、鉄濃度を相互に補正するプログラ
ムによった。 Ｃ１−Ｆ　１（Ｉ　ｄ　、　Ｗ　；−１）　　　・・・
（１）ｗｌ　＝Ｆ２　（Ｉ　ｆ　、　Ｃ；−＋）　　　
・・・（２）ここで、Ｃ＋　、Ｃｉ−＋は、繰返し計算
により求められる１番目、ｉ−１番目の鉄濃度、Ｗ、−
、、Ｗは、繰返し計算により求められるｉ　−１番目、
番目の付着量である。 上記の結果、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の付着量と鉄濃
度を同一測定場所につき同時に測定できることがわかっ
た。又、第５図及び第６図に示す如く、付着量及び鉄濃
度の測定値は、それぞれ基準となる化学分析値に比較し
てほとんど差が認められず、付着量６０Ｑ／ｉ’、鉄濃
度１０％における標準偏差σは、それぞれ２．０ｇ／ｉ
”、０．５％Ｆｅであり、従来に増して正確であること
も確認できた。 前記実施例においては、Ｘ線発生源としてＸ線管球１２
が用いられていたか、Ｘ線発生源の種類は、これに限定
されない。 又、前記実施例は、本発明を、ガルバニールド鋼板のめ
つき皮膜の付着量とめつき皮膜中平均鉄濃度の測定に適
用したものであるが、本発明の測定対象はこれに限定さ
れず、各種めっき鋼帯やカラー塗装鋼帯等の他の皮膜の
測定にも同様に適用できることは明らかで゛ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するための測定装置の実施例の
構成を示す、一部ブロック線図を含む断面図、第２図は
、前記実施例において回折Ｘ線を検出している状態を示
す断面図、第３図は、同じく回折Ｘ線を検出するための
基本的な構成を示すブロック線図、第４図は、本発明の
詳細な説明するための、波高値と特性Ｘ線（回折Ｘ線）
及び螢光Ｘ線の計数率の関係の例を示す線図、第５図は
、本発明の効果を示すための、付着量の科学分析値と本
発明法による測定値の相関関係を示す線図、第６図は、
同じく、鉄濃度の科学分析値と本発明法による測定値の
相関関係を示す線図である。 ８・・・測定対象皮膜、 １０・・・測定ヘッド、 １２・・・Ｘ線管球、 １３・・・特性Ｘ線、 １４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ１１４Ｄ・・・検出器、２ＯＡ
、２０Ｂ、２０Ｃ５２０Ｄ・・・波高分析器、Ｉｆ・・
・螢光Ｘ線強度の測定値、 Ｉｄ・・・回折Ｘ線強度のバックグランド補正後の強度
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）単一のＸ線発生源から測定対象皮膜にＸ線を照射
   して、 皮膜中の結晶性物質の回折Ｘ線強度及び皮膜構成元素の
   螢光Ｘ線強度を、少なくとも２つのＸ線強度検出手段で
   それぞれ同時に検出し、 両検出値から、同一測定場所の皮膜の厚みと組成を同時
   に決定することを特徴とする皮膜の厚みと組成の同時測
   定方法