JPS61277041A - 金属被膜の螢光ｘ線分析方法及び装置 - 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】 Ｃ産業上の利用分野） 本発明は鋼材表面に形成されたＺｎ＊Ａｌｌを含有する
金属被膜の組成と厚さく付着量）とを定量分析する方法
及び装置に関する。

〔従来技術〕

鋼材は耐腐食性、美観等の向上を目的として表面に金属
被膜を形成させて使用される場合がある。

この金属被膜の組成及び付着量の定量分析は夫々の金属
被膜を構成する元素の種類等に応じて適当な分析方法が
開発、採用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、商品名がガルファン或いはガルバリニームと
称され、Ｚｎ−Ａｊ！合金を鋼板上に被覆した熔融Ｚｎ
−Ａ　Ｉｔめっき鋼板については、その組成と付着量と
を同時に定量分析する方法は未だ開発されていない。こ
れを詳述すると、従来では溶融Ｚｎ−Ａ　Ｉ！合金めっ
き鋼板の組成、付着量の定量分析は、その合金組成が一
定と思われるものについて励起Ｘ線を照射して蛍光Ｘ線
のうちＺｎＫｔｌ線の強度を測定し、その測定値に基づ
いて付着量を定量し、組成についてはめっき鋼板よりサ
ンプルをとって化学分析する方法が採用されており、組
成と付着量とは同時に分析されていなかった。

このため従来にあっては付着量を定量した溶融Ｚｎ−Ａ
ｌめっき鋼板上の位置に対応する組成の分析がなされて
おらず、品質管理上、好ましくなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、Ｚａ
−Ａ　Ａ！めっき鋼板に励起放射線を入射してＺｎ−Ａ
４合金被膜下の鋼材からのＦｅＫａ線及び／又はＦｅＫ
ａ線（Ｄ蛍光Ｘ線強度を測定することにより、その測定
値とＺｎ−ＡＪ合金被膜厚さによる上記蛍光Ｘ線強度変
化量との関係に基づき組成を分析でき、またＺｎ−へβ
合金被膜からのＺｎＫ、線又はＦｅＫ６線の蛍光Ｘ線強
度を測定することにより、その測定値と厚さく付着量）
との関連性に基づき厚さく付着量）を分析できる金属被
膜の蛍光Ｘ線分析方法及び装置を提供することを目的と
する。

本発明に係る金属被膜の蛍光Ｘ線分析方法の第１項は鋼
材表面に形成されたＺｎ、＾ｌを含有する金属被膜の組
成及び付着量を蛍光Ｘ線分析する方法において、金属被
膜側より鋼材へ向けて励起放射線を照射して鋼材からの
ＦｅＫａ線及び／又はＦｅＫａ線の強度を測定し、その
測定値に基づき金属被膜の付着量を算出し、また金属被
膜からのＺｎＫａ線又はＺｎＫａ線の強度を測定し、そ
の測定値と算出した金属被膜の付着量とに基づき金属被
膜の組成を算出することを特徴とし、第３項は、鋼材か
らのＦｅＫ、線及び／又はＦｅＫ６線の強度に基づき合
金被膜の付Ｍ量を算出し、金属被膜からのＺｎＬｔｒ線
又は八１Ｋａａ＊の強度を真空下で測定し、その測定値
に基づき金属被膜の組成を算出することを特徴とする。

〔発明の原理〕

まず発明の原理について説明する。第１図はその原理説
明図であり、鋼板ｉｂ上に２元素のＺｎ−Ａβ合金被ｊ
ｉｉｌａが形成されたＺｎ−Ａｌ１めっき鋼板ｌに励起
ＸＩｊＩを入射角φで照射し、その蛍光Ｘ線を取出角ψ
で取出す状態を示す、Ｆｅ−Ａ／合金被［ｌｌ！ｌａ、
　ｍ板ｔｂからの蛍光Ｘ線はＺｎＫｔｌ、ＺｎＫ６　、
ＺｎＬａ　。

ＦｅＫ　、ｙ、ＦｅＫ　ａ　ｒ　　Ａ　Ｉｔ　Ｋ　ｔｒ
等であり、そのうちの例えばＺｎＫａ　、　　Ａｌ　Ｋ
ａ　、　ＦｅＫａについての蛍光Ｘ線強度は下記（１１
，（２１，＜３１式にて表わされること＾（知られてい
る。

　ＺｎＫｇ ｓｉｎ　ψ Ｉ　ＡＡＫａ ｋＡｊ−Ｉｏ　−ＷＡｊ ｓｉｎ　　ψ ｐｚＩ１４　　　　　　　μｚｌＩ−Ａｊ□＋□ ｓｉｎ　　φ　　　　ｓｉｎ　　ψ ・・・（２） Ｉ　Ｆａに。

ｋ、、　　・　ｒｏ　−ｗ、。

ｓｉｎ　　ψ ｓｉｎ　　φ　　　　　ｓｉｎ　　ψ ・・・（３） 但し、Ｉｏ　：励起Ｘ線の強度 λ　：励起Ｘ線の波長 ｋｚ、ｋＡ、、　　ｋＦｅ　：定数 μ２ｎ丸、　μＺｎ鴨。

／’ｚｎ’；＋　　＋’Ｒ−’励起Ｘ線及びＺｎＫ、、
。

ＡＡ　Ｋａ、　ＦｅＫ、ｌ線 のＺｎ−Ａ　ｊ！合金被膜に 対する質量吸収係数 μへ、μ乏Ｋａ、励起Ｘ線及びＦａＫａ線のＰａに対す
る質量吸収係数 ρ２、ｍ　：　Ｚｎ−Ａ　ｊ！合金被膜（７）密度ｔ　
　　’：Ｚｎ−Ａｌ１合金被膜の厚さＷ２ｏ、ＷＡ、：
被膜中のＺｎ、＾１重量分比（Ｗ２７＋ＷＡ□＝１） なお、ＺｎＫａ　、ＺｎＬａ線については上記（１）、
　（２１式と同様な式にて、またＦｅＫ、線については
上記（３）式と同様な式にて表わせる。

そして上記（３）式より理解される如＜ＦｅＫ、の蛍光
Ｘ線強度はＺｎ−１１合金被膜１ａの組成に関係せず、
入射した励起Ｘ線がＺｎ−Ａｌ合金被膜１ａにて吸収さ
れるＸ線量と、鋼板１ｂからの蛍光Ｘ線つまりＦｅＫａ
線がＺｎ−Ａ　１２合金被ｙｌｌａに吸収されるＸ線量
とにより影響を受けたものとして表わされる。

第２図は横軸に付着量（ρ２ｎえ・ｔ）をとり、また縦
軸にＦｅＫｎ線強度をとって、上記（３）式を示したグ
ラフである。この図より理解される如くＦｅＫヶ線強度
はＺｎ−へ１合金被膜１ａの付着量が厚くなるとこれに
て吸収されるＸ線量が多量となって小さくなり、付着量
との間には一義的な関係があり、ＦｅＫａ線強度を測定
することにより付着量を算出できる。

一方、上記（１１〜（２）式より理解される如（Ｚｎ−
＾１合金被膜ｌａからの蛍光Ｘ線ＣＺｎＫａ　、　　Ａ
ｌ　Ｋａ　）強度は、付着量と組成（Ｗ　Ｚ。又はＷ　
Ａｍ　）との関数にて表わされる。第３図は横軸に八１
％をとり、また縦軸にＺｎＫ、線強度をとって、付着量
が５０　ｇ／ｍ２　。

８０　ｇ／ｍ２，１００ｇ／ｍ２，２００ｇ／ｍ２のと
きの上記（２）式を示したグラフである。この図より理
解される如く付着量が定まっておればＺｎＫ、線強度と
ＡＪ％つまり被膜中のＡｌｔ濃度との間にも一義的な関
係がある。

ところでＺｎＫｎ線強度は（１）式にて示されるが、（
１）式における右辺のｅｘｐの項をティラー展開し、２
次の項までで近似すると下記（４）式にて示すこともで
きる。

　ＺａＫｚ ｋＺａ）１ｍ　・■０　　’　Ｗ２ａ−ｓｉｎ　ψ ・・・（４） ここで組成をＺｎ％、付着量をＸ（−ρ２ａ　（Ｉ＋　
”　）とすると（４）式は、 １２１１に１１−　ａ・（Ｚｎ％）−ｘ＋ｂ（Ｚｎ％）
　　・ｘ２＋ｃ・　（Ｚｎ％）　２・ｘ２＋ｃｔ　　　
　−＝＜５１但し、ａ、　　ｂ、　　ｃ、　ｄ：各項の
定数として表わされる。

更に、（５）式はＺｎ％＋＾１％＝１００％であるので
、Ｉ　ＺｌｌＫ＃　＝　Ａ−Ｘ　＋　Ｂ　・（ＡＪ％）
−ｘ＋Ｃ−ｘ２＋Ｄ・　（Ａｎ！％）・ｘ２＋Ｅ−（Ａ
Ｊ％）　２・ｘ２＋ｐ’　　　−・ｔａ＋として表わさ
れる。

従ってＺｎ〜＾１合金被膜１ａからの蛍光Ｘ線、例えば
ＺｎＫ、の強度を測定し、その測定値、付着量測定値Ｘ
及び上記（６）式に基づいて４４２％、つまり組成の測
定が可能となる。

叙上の理由により鋼板からの蛍光Ｘ線（ＦｅＫａ。

ＦｅＫａ）強度を測定して付着量を定量分析し、Ｚｎ−
６１合金被膜からの蛍光Ｘ線（ＺｎＫ、、ＺｎＫ６　。

ＺｎＬ、、　　ＡＩＩＫ、、　）強度を測定してその測
定値と付着量分析値とに基づき組成を定量分析すること
により同時に付着量と組成とを分析できる。

〔実施例〕

以下に本発明を図面に基づき具体的に説明゛する。

第４図は本発明の実施例を示す模式図であり、図中１は
Ｚｎ−ＡＪめっき鋼板を示す。Ｚｎ−八ｌめっき鋼板１
は鋼板１ｂの表面に２元素のＺｎ−Ａ　ｊ！合金被膜１
ａが形成されており、ホルダ（図示せず）に支持されて
いる。Ｚｎ−Ａｌめっき鋼板ｌの上方を少し外れた位置
には励起Ｘ線をＺｎ−Ａｌめっき鋼板１に向けて照射す
るＸ線源２が図示しないＸ線源用支持装置にて支持され
て設けられており、支持装置はＸ線源２をＺｎ−Ａｌめ
っき鋼板１を中心とする円弧上を移動させて入射角φを
変更できるようになっている。

Ｘ線線源２は励起Ｘ線を発生するターゲ７）板（陰極）
が異なるＸ線管球を２個、例えばＷ対陰極のＸ線管球と
Ｃｕ対陰極のＸ線管球とを備えており、そのうちの一方
のＸ線管球を選択してそれより発生する励起Ｘ線をＸ線
源２の照射面側に設けたスリット板３を介して照射でき
る。

Ｚｎ−ＡＪめっき鋼板１に励起Ｘ線が照射されるとＺｎ
−ＡＪめっき鋼板ｌより蛍光Ｘ線が発生し、その進路上
には例えばエネルギー分散型のＸ線検出器４が図示しな
いＸ線検出用支持装置にて支持されて設けられており、
その支持装置はＸ線検出器４をＺｎ−Ａｌ１めっき鋼板
ｌを中心とする第２の円弧上を移動させて取出角ψを変
更できるようになっている。

検出器４にて検出された蛍光Ｘ線はここで電気信号に変
換され、電気信号は増幅器５へ送られた後に波高分析器
６及び計数器７によって所定の金属元素の蛍光Ｘ線強度
に変換される。

計数器７の蛍光Ｘ線強度に対応する出力は演算制御装置
８に導かれる。この演算制御装置８には前記（３１，＋
６１式が設定されており、演算制御装置８は（３１，（
６１式並びに入力信号、即ち蛍光Ｘ線強度及び入力され
たその測定条件たるＩ。、λ＋　　ｋＺａ＋μ以え、μ
ｚｎ−４１μに３．φ、ψ等に基づいてＺｎ−へ１合金
被１ｉｉ１ａの厚さ及び組成を算出し、その算出値を表
示器９に表示させる。

また演算制御装置８はＸ線、角度制御装置１０及び角度
制御装置１１を駆動させて、Ｘ線源２と検出器４とをＺ
ｎ−八Ｅめっき鋼板１に対して入射角φ。

取出角ψが夫々所定値となるようにセットし、またＸ線
源２のＸ線管球を選択できるようになっている。

このように構成された本発明に係る蛍光Ｘ線分析装置に
よる本発明の分析方法を以下に説明する。

まず演算制御装置８は付着量を測定すべくＸ線源２及び
検出器４を入射角φ１例えば９０°、取出角φ１例えば
６０°となるように回転させ、またＸ線源２をＣｕ対陰
極のＸ線管球に選択する。

Ｘ線源２からＣｕＫ、の励起Ｘ線が発せられると、励起
Ｘ線はＺｎ−Ａｊ！めっき滑板ｌへ照射され、検出器４
にて鋼板１ｂからの蛍光Ｘ線は電気信号として捉えられ
、その電気信号は波高分析器６．計数器７を経て演算制
御装置８へ与えられる。

演算制御装置８は入力信号たる蛍光Ｘ線強度、例えばＦ
ｅＫ、の強度値と（３）式とに基づき付着量を算出する
。

この算出が終了すると、演算制御装置８はＸ線源２及び
検出器４を所定の入射角φ２例えば３０°。

取出角ψ２例えば３０°となるように回転させ、またＸ
線源２をもう、一方のＷ対陰極のＸ線管球に変更する。

Ｘ線源２からＷＫａの励起Ｘ線が発せられると検出器４
はＺｎ−ＡＪ合金被膜１ａからの蛍光Ｘ線を捉える。そ
して演算制御装置８は入力信号及び付着量算出値、（６
）式に基づき組成を算出し、その算出値及び付着量算出
値を表示器９に表示させる。

このように本発明により定量分析する場合は、Ｚｎ、−
Ａ４２合金被膜の厚さ及び組成の同時測定を可能とし得
る。

なお、上記説明では大気中における測定を前提としてい
る。つまりＡｊ！　Ｋｎ　、　ＺｎＬａ線については空
気によるＸ線の吸収量が大きく大気中での蛍光Ｘ線強度
の測定が困難であるため、空気による吸収量が少ないＺ
ｎＫ、、ＺｎＫ１　、ＰｅＫａ、ＦｅＫ７）線のなかか
らＺｎＫ、、ＦｅＫａを使用して大気中でも測定できる
ようにしている。但し、ＦｅＫｚとＦｅＫＡとが検出さ
れる場合にはＦｅＫ６についてもＦｅＫｎ強度に関する
（３）式と同様な関係式を定めてその式と（３）式との
連立方程式を解くことにより付着量を求める。

しかし、真空度が例えば１Ｏ−２Ｔｏｒｒ以下の状態で
測定する場合には＾’　Ｋａ　＋　Ｚｎ　Ｌ　（１線に
よっても測定できる。そして、この場合ＡＩ　Ｋａ　ｒ
　ＺｎＬ。

の入射深さが浅いので、八βＫ　ａ　、　Ｚｎ　Ｌ　ａ
線の強度は鋼板ｉｂによる影響を受けておらず、組成だ
けの関数として表わせる。従って、この強度のみを測定
することにより直接組成の分析が可能である。

そしてＦｅＫ、、ＦｅＫ６線強度により付着量を求める
ことにより固定量分析が可能である。

また、上記発明の原理のところでは、大気中においてＡ
βに、強度を測定できないため（４）式を（５）。

（６）式に変化させてＺｎＫ、線強度を測定してＡ１％
を求めているが、上述の真空度下でＡＪＫ、線を測定す
ることにより組成を定量する場合には前記（２）式をテ
ィラー展開して（４）式に相当する式に変換して用いて
も本発明は実施できることは勿論である。

なお、上記実施例ではＷ対陰極のＸ線管球とＣｕ対陰極
のＸ線管球とを備えたＸ線源を使用しているが、本発明
は比例計数管本式の波高分析器を具備するので、これに
替えてγ線を発する２４１Ａ−の同位体を備えた放射線
源を使用しても実施できる。

これは比例計数管方式のものは、例えばＦｅＫ、とＺｎ
Ｋａとの弁別が可能であるためである。また本発明はＷ
対陰極のＸ線管球、　Ｃｕ対陰極のＸ線管及球及び２４
１Ａ、の同位体を備えたものを用い、これらを選択的に
使用するようにしても実施できる。

２４１Ａｍの同位体を使用して測定する場合は、発生す
るγ線のエネルギーレベルが高いため比較的付着量の厚
いものでも測定できる。

更に本発明は波高分析器に限らず、Ｆｅフィルター、Ｚ
ｎフィルターを有するイオンチャンバ一方式を用いても
ＦｅＫ、、ＺｎＫヶの弁別が可能であるので、付着量と
組成との定量分析を実施できる。

そして、更に上記実施例では明示していないが、本発明
は溶融めっき、電気めっき等いずれの方法によりＺｎ−
＾ｌめっきされた合金被膜をも定量分析できることは勿
論である。

また、本発明はＺｎ−Ａ　ｊ２の２元素合金被膜に限ら
ず、Ｚｎ、Ａｊ！を含自する３元素以上の合金被膜であ
っても定量分析できるのは勿論である。

〔効果〕

種々の付着量と組成のＺｎ−＾ｌめっき被膜の試料を大
気中にて定量分析すべく、付着量測定用としてＣｕ対陰
極のＸ線管球を用いてこれを３０ｋＶ−１０１１ＩＡの
条件で励起し、φ＝９０”、　　ψ＝６０°にてＦｅＫ
Ａ線の強度を測定し、また組成測定用としてＷ対陰極の
Ｘ線管球を用いてこれを３０ｋＶ−２Ｏｎ＋＾の条件で
励起し、φ＝３０°、ψ＝３０°にてＺｎＫ、線の強度
を測定した。

第５図はこの測定により得られたＦｅＫｎ線強度と化学
分析により求めた付着量との関係（白丸印）を示すグラ
フであり、図中実線は（３）式に基づき求めた検量線を
示す。この図より理解される如く本発明により付着量を
測定する場合は、測定値より求める付着量と検量線によ
り求まる付着量とがよく一致しており、ＦｅＫｎ線強度
を測定することにより付着量を精度よく定量できた。

第６図は演算制御装置８にて求まったＡＪ％と化学分析
により求めたＡ１％との間の関係を示すグラフであり、
横軸に＾１％−化学分析をとり、また縦軸にへＮ−Ｘ線
分析をとって示している。

図中白丸印はその分析値を示す。この図より理解される
如く本発明による場合は組成の定量値を化学分析による
定量値とよく一致しており、正確に組成の定量分析が可
能であった。

以上詳述した如く本発明による場合は、鋼材からの蛍光
Ｘ線の強度に基づいて付着量を算出し、また合金被膜か
らの蛍光Ｘ線の強度に基づいて直接に、又はその蛍光Ｘ
線強度と算出した付着量とに基づき組成を算出できるの
で、付着量と組成とを同時に定量分析が可能となり、品
質管理上有益な分析を行い得る。また本発明装置は大気
中、真空中に拘わらず、分析できるのでめっきラインへ
の適用が可能となり、この場合には操業中に定量分析で
きるので操業管理を行い得る等、本発明は優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１．２．３図は本発明の原理説明図、第４図は本発明
の実ｈｒ＝状態を示す模式図、第５，６図は本発明の効
果説明図である。 ■・・・Ｚｎ−Ａｌ１めっき鋼板　１ａ・・・Ｚｎ−＾
１合金被膜ｔｂ・・・鋼板　２・・・Ｘ線源　４・・・
検出器　６・・・波高分析器　８・・・演算制御装置　
１０・・・Ｘ線、角度制御装置　１１・・・角度制御装
置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋼材表面に形成されたＺｎ、Ａｌを含有する金属被
   膜の組成及び付着量を蛍光Ｘ線分析する方法において、 金属被膜側より鋼材へ向けて励起放射線を 照射して鋼材からのＦｅＫ＿α線及び／又はＦｅＫ＿β
   線の強度を測定し、その測定値に基づき金属被膜の付着
   量を算出し、 また金属被膜からのＺｎＫ＿α線又はＺｎＫ＿β線の強
   度を測定し、その測定値と算出した金属被膜の付着量と
   に基づき金属被膜の組成を算出することを特徴とする金
   属被膜の蛍光Ｘ線分析方法。 ２、前記金属被膜の組成の算出に、金属被膜中のＺｎ重
   量分比（Ｚｎ％）、前記ＺｎＫ＿α線又はＺｎＫ＿β線
   の強度（Ｉ＿ｚ＿ｎ）及び金属被膜の付着量（ｘ）の間
   の関係を示す下式を用いる特許請求の範囲第１項記載の
   金属被膜中の蛍光Ｘ線分析方法。 Ｉ＿ｚ＿ｎ＝ａ・（Ｚｎ％）・ｘ＋ｂ・（Ｚｎ％）・ｘ
   ＾２＋ｃ・（Ｚｎ％）＾２・ｘ＾２＋ｄ 但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ：定数 ３、鋼材表面に形成されたＺｎ、Ａｌを含有する金属被
   膜の組成及び付着量を蛍光Ｘ線分析する方法において、 金属被膜側より鋼材へ向けて励起Ｘ線を照 射して鋼材からのＦｅＫ＿α線及び／又はＦｅＫ＿β線
   の強度を測定し、その測定値に基づきこれと一定の関係
   を有する金属被膜の付着量を算出し、 また金属被膜からのＺｎＬ＿α線又はＡｌＫ＿α線の強
   度を真空下で測定し、その測定値に基づき金属被膜の組
   成を算出することを特徴とする金属被膜の蛍光Ｘ線分析
   方法。 ４、鋼材表面に形成されたＺｎ、Ａｌを含有する金属被
   膜の組成及び付着量を蛍光Ｘ線分析する装置において、
   ＾２＾４＾１Ａｍの同位体、Ｗ対陰極のＸ線管球又はＣ
   ｕ対陰極のＸ線管球の１つを少なくとも有し、金属被膜
   側より鋼材へ向けて励起放射線を照射する放射線源と、 金属被膜又は鋼材からの蛍光Ｘ線を弁別し てその強度を検出する検出器と を具備し、前記放射線源、検出器夫々は金 属被膜に対して入射角、取出角を相対的に設定変更でき
   るようになしてあることを特徴とする金属被膜の蛍光Ｘ
   線分析装置。