JPH0739987B2 - 皮膜の厚みと組成の同時測定方法 - Google Patents

皮膜の厚みと組成の同時測定方法

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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、金属めつきのように、被めつ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、各種の金属みつき
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がある。 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
ば、各種合金めつき鋼板では、めつき皮膜が耐食性、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、めつき層の組成と厚
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、めつき鋼板の製造者
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、
蛍光X線法による測定が広く用いられている。この方法
は、例えば特開昭60−104241に開示されているように、
特性X線等を皮膜に照射し、皮膜を構成する元素から蛍
光X線を発生させ、予め求めておいた蛍光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、溶融亜鉛めつき鋼板に合金化処理を施して鉄と
亜鉛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、そのめつき皮膜の厚み(又はめつき付着
量)は、めつき皮膜に特性X線を照射して、めつき皮膜
を構成する亜鉛のKα線(亜鉛の蛍光X線)の強度を測
定し、予め求めておいたZn−Kα線の強度とめつき付着
量の関係から、めつき付着量を測定する方法が広く採用
されている。 一方、めつき皮膜の組成については、めつき皮膜の特性
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、めつき皮膜中の鉄濃度を測定する必要があるが、例
えば特開昭60−169553、特開昭61−99688、特開昭61−1
48355に開示されているように、めつき皮膜に特性X線
を照射して、めつき皮膜中のFe−Zn合金結晶の回折X線
の強度を測定する、いわゆるX線回折法を用いて技術の
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蛍
光X線法とX線回折法の2つの方法によつて独立して測
定するのが通例である。 従つて、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ツ
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(めつき付着量)は、めつき付着量を蛍光X線法
で測定したとき、めつき付着量60g/m2での測定誤差(標
準偏差)がσ=2.6g/m2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
はなかつた。 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61−88128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蛍光X線の強度を検出
して、該蛍光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線の回折角から検出
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
なかつた。
【発明が達成しようとする課題】
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ツドを用
いて、各種皮膜の厚みと組成を、同一測定場所について
異なる手法で同時に求め、相互に補正して精度良く決定
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、波高値が重複しないように選定された、皮膜
中の結晶性物質の回折X線強度及び皮膜の厚み測定に有
効な元素の蛍光X線強度を、少なくとも2つのX線強度
検出手段を用いて、同一測定場所で同時に検出し、両検
出値から、同一測定場所の皮膜の組成と厚みを同時に求
め、更に、求められた組成と厚みを相互に補正して測定
精度を高め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つた。 (1)合金化溶融亜鉛めつ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
ーゲツト、3KW)を有するX線回折装置により、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
なウイ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、めつき皮膜中数種のFe−Zn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
−Kα線)が、特定波高範囲に認められるが、同様にZn
−Kα線(蛍光X線)の発生も確認された。このZn−K
α線について、適正なウインドウ幅を選定し、めつき皮
膜の厚み(めつき付着量)とZn−Kα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)同様に他のめつき皮膜についても、ダーゲツトの
異なる種々のX線管球(ターゲツト:Cu、Fe、Cr、Co、M
o、W)を用いて、皮膜中結晶性物質の回折強度と、皮
膜中組成元素の蛍光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
とがわかつた。なお、これらの測定に際して、ターゲツ
トの種類及び皮膜中の測定対象元素に応じて、Ni、V、
Mn、Fe等のKβフイルタを使い分けた。 (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、蛍光X線法による蛍光X線強度の測定値を、
単一な測定ヘツド内(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、両法による測定を、同一場所について同時に
行うことによつて、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、蛍光X線法による蛍
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、合金化溶融亜鉛めつき鋼板のめ
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、Fe−Zn系合金層の絶対量が同一であつても、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、めつき付着量が同一であつても、鉄濃度が異
なる場合、同一の蛍光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。従つて、真
値を求めるには、両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線回折法と蛍
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つ
て、鉄濃度及びめつ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、皮膜中の結晶性物質の回折X線強度及び皮膜構成元
素の蛍光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
つて、蛍光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
式測定ヘツ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台必要であつた測定装置
(測定ヘツド)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、同一測定場所におてい、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、各種まつき鋼帯、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、厚みを蛍光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線照射により蛍
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こす
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、更に適当なフイ
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、及び蛍光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、一体の測定ヘツド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、14C、14Dが配備されている。 例えば前記検出器14Aは、蛍光X線の強度を検出し、ブ
ラツ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14Cを挾む
ように配設された検出器14Bと14Dは、バツクグランド強
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、シンチレーシヨン計数管
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、1
6B、16C、16D、16及び主増幅器18A、18B、18C、18Dを介
して、波高分析器20A、20B、20C、20Dに入力される。 各波高分析器20A〜20Dの出力は、レートメータ22A、22
B、22C、22D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、ブラツグ
の公式を満足する回折角2θ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14C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14C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線や蛍光X線も認められる。X線回
折法では、第4図に示す左側のウイ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図に系路で回折X線特性値を得る。この
際、第4図に示した如く、蛍光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
元素の蛍光X線であれば、これも又、波高分析器20Aに
第4図の右側のウインドウを設定して電気的に弁別する
ことによつて、非分散型蛍光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20
A−レートメータ22Aの経路で得た蛍光X線強度を厚み
(付着量)の測定に用いることができる。 ところで蛍光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、蛍光X線用の検出器14
Aは、特定距離、特定方位に設置する必要はない。従つ
て、実施例のように、検出器を回折X線測定用(14B〜1
4D)と蛍光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つき皮膜について、めつき皮膜
の付着量とめつ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−ターゲツトのX線管球(ブロードフオーカスタイ
プ、3KW)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ツド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−Kα線の蛍光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、めつき皮膜
中Fe−Zn系金属間化合物の格子面間隔約1.22Å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
バツクグランド強度(Cr−Kα線)を測定し、検出器14
Cで測定された回折X線強度のバツクグランド補正を行
つた。又、波高分析器20Aのウインドウは、Zn−Kα線
の平均波高を中心とするウインドウ幅に設定し、波高分
析器20B〜20Dのウインドウは、Cr−Kα線の平均波高を
中心とするウインドウ幅に設定した。 波高分析器20Aの出力に基づく蛍光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
のバツクグランド補正後の強度Idを、予め求めておいた
付着量、鉄濃度の検量線(回帰式)の挿入して、付着量
及び鉄濃度をそれぞれコンピユータで計算した、コンピ
ユータによる計算は、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つた。 Ci=F1(Id、Wi-1) …(1) Wi=F2(If、Ci-1) …(2) ここで、Ci、Ci-1は、繰返し計算により求められるi番
目、i−1番目の鉄濃度、Wi-1、Wiは、繰返し計算によ
り求められるi−1番目、i番目の付着量である。 上記の結果、合金化溶融亜鉛めつ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つ
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6g/m2、鉄濃度10%
における標準偏差σは、それぞれ2.0g/m2、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
用いられていたが、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、各種めつ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、一部ブロツ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線を検出するめの
基本的な構成を示すブロツク線図、第4図は、本発明の
原理を説明するための、波高値と特性X線(回折X線)
及び蛍光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、付着量の化学分析値と
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、鉄濃度の化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……測定ヘツド、12……X線管
球、13……特性X線、14A、14B、14C、14D……検出器、
20A、20B、20C、20D……波高分析器、If……蛍光X線強
度の測定値、Id……回折X線強度のバツクグランド補正
後の強度。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、 波高値が重複しないように選定された、皮膜中の結晶性
    物質の回折X線強度及び皮膜の厚み測定に有効な元素の
    螢光X線強度を、少なくとも2つのX線強度検出手段を
    用いて、同一測定場所で同時に検出し、 両検出値から、同一測定場所の皮膜の組成と厚みを同時
    に求め、 更に、求められた組成と厚みを相互に補正して測定精度
    を高めることを特徴とする皮膜の厚みと組成の同時測定
    方法。
JP63159956A 1988-06-28 1988-06-28 皮膜の厚みと組成の同時測定方法 Expired - Fee Related JPH0739987B2 (ja)

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