波長分散蛍光X線分光法を使用した合金の特性評価

アプリケーションノート

グレッグ・ストロスマン博士

はじめに

合金組成は、製品の設計、故障解析、品質管理にとって非常に重要です。 たとえば、デバイスや部品が受ける環境的および物理的ストレスに適した合金を選択することは、腐食、破壊、またはその他のメカニズムによる早期故障を回避するために最も重要です。 故障が発生した場合、包括的な根本原因分析には、正しい合金が実際に使用されたことの検証が必要です。

合金関連の故障のもう1つの一般的な例は、製品に小さな金属フレークまたは削りくずが見つかった場合で、その原因を特定することが重要です。 合金を特定することで、フレークの合金を汚染物質の製造に使用されるシステム内の既知のコンポーネントの合金と一致させることで、粒子の発生源を特定できる場合が非常に多くあります。

最後に、使用する材料の組成が厳しい仕様を満たしていることを確認することにより、故障メカニズムを最小限に抑えるために、精密な用途向けの合金を製造する際の品質管理が重要です。

波長分散型蛍光X線分光法(WDXRF)は、合金組成を決定または検証するための理想的な分析ツールです。 標準化されていない強力な定量化機能を備えた完全な調査手法として、通常、材料に関する予備情報をほとんどまたはまったく必要とせずに、単純な合金組成を決定できます。 より要求の厳しいアプリケーションでは、WDXRFをキャリブレーション標準とともに使用して、組成物が最も厳しい要件を満たしていることを検証するために最大限の精度を提供できます。

考察

パート1:単純な合金の決定

合金のクラスの単純な決定は、通常、基本パラメータ(FP)を使用することにより、一致する標準を必要とせずにWDXRFを使用して達成できます。 表1は、この方法で分析された3つのステンレス鋼合金の結果を示しています。 その後、測定された組成を既知の合金仕様と比較して、特定の合金のアイデンティティを確認できます。 3つの非常によく似た300シリーズのステンレス鋼(301、303、および304)は、NiとCrの濃度の組み合わせから明確に区別され、識別されました。 特定の合金を識別するために、硫黄やリンなどの濃度仕様の微量元素を同様に使用できます。 さらに、2つのアルミニウム合金5052と6061の結果は、合金の識別を可能にする正確な定量化を示しています(表2)。 XRFには、マトリックス組成と微量元素を測定して、ほぼ完全な調査を提供する機能があります。 ただし、C、N、およびO濃度は、XRFの結果を補完するIGAによって最適に測定されます。 FPアルゴリズムの精度は、この技術に関連する非常に高いエネルギー分解能と低いバックグラウンドにより、WDXRF測定で強化されます。

パート2:高精度合金の特性評価

バイヤーまたはサプライヤーとして、非常に高い精度で合金組成を知る必要がある場合、適切な校正基準が利用可能であれば、WDXRFは比類のない精度と精度を備えています。 この例は、特定の温度範囲で特定の熱膨張が必要な​​アプリケーションで使用される鉄ニッケル制御膨張合金システムです。 これらの合金は、ガラスと金属の間にハーメチックシールが必要なガラスシール合金として使用され、ほぼゼロの膨張係数が必要な場合にも使用されます(たとえば、一部の電子デバイス、精密レーザー機器、集積回路パッケージのリードフレーム)。 合金中のニッケルの量は熱特性を決定し、用途に応じて約20〜54重量%のNiの範囲になります。 WDXRFは、校正に認定された標準を使用して、これらの合金のNi含有量を非常に正確に測定するための理想的な手法です。 示されている例(表3)では、ニッケル含有量は0.11%の相対精度で測定されました。 さらに、合金中の微量金属は、<1〜〜9%の範囲の相対精度で測定されました。 精度を示すために、繰り返し測定からの標準偏差も提供されています。

結論

非常に特定の用途向けにニッチを埋めるために、何千もの鉄および非鉄合金が存在し、ハイエンドの製造および技術ニーズに対応するために、常に新しい合金が作成されています。 WDXRFは、固有の精度と精度を備えた分析ツールであり、合金の特性評価に欠かせないツールです。 基本パラメーターを使用して、任意の材料の第1レベルの調査検査を簡単に実行できます。一方、キャリブレーション用の標準の可用性は、最高の精度が必要な場合にQC分析の手段を提供します。

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