KR101786266B1

KR101786266B1 - 합금 포일의 성분 측정 방법

Info

Publication number: KR101786266B1
Application number: KR1020150186747A
Authority: KR
Inventors: 박정훈; 홍재화
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2017-10-18
Also published as: KR20170076959A

Abstract

본 발명은 합금 금속 포일(foil)의 성분을 측정하는 방법에 관한 것이다.

Description

합금 포일의 성분 측정 방법{METHOD FOR MEASURING COMPONENT OF ALLOY FOIL}

금속 포일(foil)은 다양한 종류로 생산되어 이용되고 있다. 알루미늄 포일의 영우 가정용으로 음식 조리나 포장에 널리 사용되고 있으며, 탄탈륨 포일의 경우에는 발열 소자나 진공 도금용 증발원으로 사용되고 있다.

최근에는 합금 금속 포일이 개발되어 사용되고 있다. 합금 포일은 다양한 용도의 제품으로 개발되어 다방면의 산업에 널리 이용되고 있다. 합금 포일의 성분에 따라 제품의 물성에 큰 영향을 미치기 때문에, 반드시 합금 포일의 성분을 정밀하게 측정하고 제어되어야 한다.

종래에 합금 포일의 성분을 측정하는 방법으로는 소재를 녹여 ICP(Inductively coupled plasma) 방법을 이용한 분석법이 있다. 그러나, 이 방법은 시료를 파괴하여야 하기 때문에 많은 시간과 노력이 필요하고, 실시간으로 성분 분석이 어려운 문제가 있다.

위와 같은 파괴 방식 이외에 비파괴 방식의 분석 방법으로 X선을 이용하는 것이 있다. 그러나, 합금 포일은 그 두께가 매우 얇은 박막의 형태를 가지며, 그 두께가 항상 일정하지 않다. 따라서, 종래의 X선을 이용한 분석법에 의하면, 합금 포일의 성분을 정확하게 측정할 수 없다. 왜냐하면, 소재의 두께가 X선 투과 깊이보다 일정 두께 이상 두꺼워야 X선의 측정강도가 일정하게 측정되지만, 일정 두께 이하의 박막의 경우에는 X선 투과량 차이에 따른 성분 측정의 정도가 현저하게 떨어지게 된다.

따라서, 합금 포일의 두께 변화에 무관하게 합금 포일의 성분을 정확하게 측정할 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 합금 포일의 두께 변화에 상관없이 합금 포일의 성분을 비파괴적으로 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 합금 포일 시료를 준비하는 단계;

상기 합금 포일 시료에 일차 X선을 조사해서 두께(t)에 따라 발생하는 형광 X선의 피이크로부터 측정하고자 하는 성분의 함량(X_ori)을 측정하는 단계;

상기 두께(t)에 따라 측정된 성분의 함량(X_ori)으로부터 비선형 회귀 방식을 이용하여 하기 관계식 1을 도출하는 단계; 및

상기 도출된 관계식 1과 측정된 성분의 함량(X_ori)을 하기 관계식 2에 대입하여 측정하고자 하는 성분의 보정값(X_new)을 도출하는 단계를 포함하는 합금 포일의 성분 측정 방법을 제공한다.

[관계식 1]

δ = a+b×exp(c×t)

(상기 δ는 보정 계수, t는 합금 포일 두께, a, b 및 c는 회귀 상수)

[관계식 2]

X_new = δ×X_ori

(상기 X_new는 보정 후 성분값, X_ori는 보정전 성분값)

본 발명에 의하면, 합금 포일의 성분을 정확하게 측정하기 위해서, 두께에 따라 변하는 성분값의 비율을 수식화하고, 이를 기본 형광 X선 강도 분석을 통해 측정한 성분값에 반영함으로서, 합금 포일의 두께가 얇거나, 변화하더라도 정확한 성분값을 측정할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에서 형광 X선을 이용하여 측정된 Fe-Ni 합금 포일 함량에 대해, 두께(t)에 따른 정합성을 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 시료에 일차 X선을 조사하여 시료로부터 발생하는 특성 형광 X선의 피이크 강도를 이용하여 성분 함량을 측정하는 방법을 적용하는 것이다. 본 발명의 발명자들은 두께의 변화가 다양한 합금 포일의 성분을 상기 형광 X선을 이용하여 측정하는 경우에 두께에 따른 성분의 편차가 심한 문제를 발견하고, 이를 개선하여 두께의 변화에 영향을 받지 않고, 정확한 성분을 측정하기 위한 방법을 제안하게 된 것이다.

본 발명의 합금 포일 성분을 측정하는 방법은 합금 포일 시료를 준비하고, 상기 합금 포일 시료에 일차 X선을 조사해서 두께(t)에 따라 발생하는 형광 X선의 피이크로부터 측정하고자 하는 성분의 함량(X_ori)을 측정한 후, 이를 비선형 회귀 방식을 이용하여 보정 계수를 구하고, 상기 보정 계수를 이용하여 성분의 보정값(X_new)을 도출하는 과정을 포함한다. 이하, 각 단계에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에서는 합금 포일 시료를 준비한다. 상기 합금 포일 시료는 1 또는 2 이상의 시료를 준비하는 것이 바람직하다. 2 이상의 합금 포일 시료를 대상으로 하여 측정하게 되면, 오차를 더욱 줄일 수 있는 장점이 있다.

상기 준비된 합금 포일 시료에 대해 일차 X선을 조사하여, 두께(t)에 따라 발생하는 형광 X선의 피이트(peak, 강도)를 분석하여, 측정하고자 하는 성분의 함량(X_ori)을 측정한다. 합금 포일의 경우에는 두께가 매우 얇은 경우도 존재하고, 두께가 얇은 경우에는 성분의 함량이 정확히 측정되지 않아, 실제 합금의 성분과 오차가 많이 발생한다. 시료에서 발생하는 형광 X선의 투과 깊이는 시료를 구성하는 원소에 따라 다르며, 그 투과량이 시료의 두께에 대하여 비선형적으로 감소하기 때문이다. 예를 들어, 100㎛ 두께의 시료에서 a와 b 성분의 형광 X선 강도가 각각 100 이라 할 때, 두께가 50㎛로 작아질 때 a와 b 성분의 비율은 동일한 비율로 줄어들지 않고, 차이가 발생할 수 있다.

상기 두께(t)에 따라 측정된 성분의 함량(X_ori)으로부터, 비선형 회귀 방식을 이용하여 하기 관계식 1을 도출한다. 즉, 상기 두께(t)에 따라 측정된 성분값(X_ori) 또는 성분의 정합성을 나타나는 그래프로부터 비선형 회귀 방식을 통해 상기 관계식 1의 회귀 상수를 도출한다. 측정된 합금 포일 시료가 2 이상일 때에는 동일 두께(t)에서 측정된 성분값(X_ori)의 평균이나 정합성의 평균을 이용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 두께가 얇은 합금 포일의 경우에 두께가 얇아짐에 따라서 그 성분의 함량은 두께와 선형적으로 변화하는 것이 아니라 비선형적으로 변화한다. 따라서, 기존의 선형 회귀식을 이용하는 경우에는 협소한 두께 범위에서는 정합성이 우수하지만, 보다 넓은 두께 범위에서 정합성이 떨어지게 되는 문제가 있다.

[관계식 1]

δ = a+b×exp(c×t)

상기와 같이 관계식 1이 도출되어, 얻어진 보정 계수와 상기 형광 X선을 이용하여 측정된 성분의 함량(X_ori)을 하기 관계식 2에 대입하여, 측정하고자 하는 성분의 보정값(X_new)을 도출한다. 이렇게 도출된 상기 보정된 성분 함량(X_new)은 실제 합금 포일의 성분함량과 높은 정확성을 갖는다.

[관계식 2]

X_new = δ×X_ori

(상기 X_new는 보정 후 성분값, X_ori는 보정전 성분값)

상기 관계식 1과 2를 통해 도출되는 합금 포일 성분의 함량은 합금 포일의 두께가 얇거나 변화하더라도 정확한 성분값을 나타낼 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

(실시예)

세 종류의 Fe-Ni 합금 포일을 대상으로 형광 X선을 이용하여 두께별로 Ni 성분(중량%)을 측정하였고, ICP(Inductively coupled plasma) 분석값과의 정합성을 계산하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한 이들의 정합성을 그래프로 도 1에 나타내었다.

구분	시편 1(ICP 분석 44.29%)		시편 2(ICP분석 48.18%)		시편 3(ICP분석 47.06%)		평균 정합성(%)
두께(㎛)	Ni 함량	정합성(%)	Ni 함량	정합성(%)	Ni 함량	정합성(%)	평균 정합성(%)
5	31.77	71.73	35.57	73.83	34.47	73.25	72.94
10	37.92	85.62	41.79	86.74	40.68	86.44	86.27
15	41.03	92.64	44.90	93.19	43.79	93.05	92.96
20	42.60	96.18	46.47	96.45	45.37	96.41	96.35
25	43.41	98.01	47.28	98.13	46.18	98.13	98.09
30	43.83	98.96	47.70	99.00	46.60	99.02	99.00
35	44.05	99.46	47.92	99.46	46.82	99.49	99.47
40	44.17	99.73	48.03	99.69	46.93	99.72	99.71
45	44.23	99.86	48.09	99.81	46.99	99.85	99.84
50	44.26	99.93	48.12	99.88	47.02	99.92	99.91
55	44.28	99.98	48.14	99.92	47.04	99.96	99.95
60	44.29	100.00	48.15	99.94	47.05	99.98	99.97
65	44.29	100.00	48.16	99.96	47.06	100.00	99.99
70	44.30	100.02	48.16	99.96	47.06	100.00	99.99
80	44.30	100.02	48.16	99.96	47.06	100.00	99.99
90	44.30	100.02	48.16	99.96	47.06	100.00	99.99
100	44.30	100.02	48.16	99.96	47.06	100.00	99.99

상기 표 1 및 도 1의 결과에 나타난 바와 같이, 합금 포일의 두께가 얇을수록 ICP 분석에 의한 실제 성분의 함량과 큰 오차를 가지고 있어서, 형광 X선을 이용한 성분값의 정합성이 낮음을 알 수 있다.

상기 표 1과 도 1의 결과로부터 얻어진 두께에 따른 Ni 성분값을 이용하여, 비선형 회귀 분석을 통해, 상기 관계식 1의 비선형 회귀식을 구하고, 상기 비선형 회귀식을 통해 상기 관계식 2가 아래와 같이 도출되었다.

Ni_new(%) = 52.961×[1.8877-exp(-0.13466×t)×Ni_ori(%)

이때, Ni_new(%)는 보정후 Ni 성분값, Ni_ori(%)는 보정전 Ni 성분값, t는 Ni-Fe 합금 포일의 두께이다.

상기 얻어진 관계식을 이용하여, 표 1의 시편 1에 대한 보정된 Ni 함량을 비교한 결과를 아래 표 2에 나타내었다. 한편, 참고적으로 비선형 회귀식이 아닌 종래의 선형 회귀식을 이용한 보정값(Ni_new'으로 표기함)을 표 2에 함께 표기하여 비교하였다.

한편, 비교예로 표기된 선형 회귀식은 아래와 같은 기존의 포일 두께를 고려한 다변량 선형 회귀식을 이용하였다.

X = a +bX' + cY

(X: 보정 후 포일 성분, X': 보정 전 포일 성분, Y: 포일 두께, a, b, c는 회귀상수)

구분	시편 1(ICP 분석 44.29%)		발명예		비교예
두께(㎛)	Ni_ori(%)	오차(%)	Ni_new(%)	오차(%)	Ni_new'(%)	오차(%)
5	31.77	28.27	43.56	1.65	42.76	3.45
10	37.92	14.38	43.96	0.75	43.02	1.85
15	41.03	7.36	44.14	0.35	43.29	2.26
20	42.60	3.82	44.21	0.17	43.41	1.99
25	43.41	1.99	44.25	0.08	43.76	1.20
30	43.83	0.04	44.27	0.03	43.97	0.72
35	44.05	0.54	44.28	0.01	44.02	0.61
40	44.17	0.27	44.30	0.02	44.04	0.56
45	44.23	0.14	44.30	0.02	44.04	0.56
50	44.26	0.07	44.30	0.02	44.06	0.52
55	44.28	0.02	44.30	0.03	44.06	0.52
60	44.29	0.00	44.30	0.03	44.09	0.45
65	44.29	0.00	44.30	0.01	44.09	0.45
70	44.30	0.02	44.30	0.03	44.11	0.41
80	44.30	0.02	44.30	0.03	44.11	0.41
90	44.30	0.02	44.30	0.03	44.12	0.38
100	44.30	0.02	44.30	0.03	44.12	0.38
평균 오차	-	3.41	-	0.19	-	0.98

상기 표 2의 결과에 나타난 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라, 보정된 Ni 성분함량은 그 오차가 3.41%에서 0.19%로 매우 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, Ni 성분 측정 결과의 정확성이 매우 크게 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 비해, 본 발명의 방식이 아닌 선형 회귀 보정한 경우에는 오차가 0.98%로 축소되는 정도에 불과하여, 본 발명에 비해서 정확성이 다소 떨어지는 것을 알 수 있었다.

Claims

합금 포일 시료를 준비하는 단계;
상기 합금 포일 시료에 일차 X선을 조사해서 두께(t)에 따라 발생하는 형광 X선의 피이크로부터 측정하고자 하는 성분의 함량(X_ori)을 측정하는 단계;
상기 두께(t)에 따라 측정된 성분의 함량(X_ori)의 그래프 또는 상기 측정된 성분의 함량(X_ori)과 실제 성분값과의 정합성을 나타낸 그래프를 도출하고, 상기 그래프로부터 비선형 회귀 방식을 이용하여, 보정 계수인 하기 관계식 1을 도출하는 단계; 및
상기 도출된 관계식 1과 측정된 성분의 함량(X_ori)을 하기 관계식 2에 대입하여 측정하고자 하는 성분의 보정값(X_new)을 도출하는 단계
를 포함하는 합금 포일의 성분 측정 방법.
[관계식 1]
δ = a+b×exp(c×t)
(상기 δ는 보정 계수, t는 합금 포일 두께, a, b 및 c는 회귀 상수)
[관계식 2]
X_new = δ×X_ori
(상기 X_new는 보정 후 성분값, X_ori는 보정전 성분값)
청구항 1에 있어서,
상기 합금 포일 시료는 2 이상을 준비하고, 상기 2 이상의 시료로부터 측정된 성분 함량의 평균을 이용하여 상기 관계식 1을 도출하는 합금 포일의 성분 측정 방법.