Comprendere e selezionare una tecnologia di verifica dei materiali

Quando una spedizione di materia prima arriva alla banchina di ricevimento di un produttore, è sufficiente leggere la documentazione per identificare il materiale? Forse lo è, e forse non lo è. L'utilizzo di uno strumento portatile per l'identificazione delle leghe è un modo rapido per verificare la composizione chimica dei metalli. Thermo Fisher Scientific

Ogni giorno, una tipica officina di fabbricazione si occupa di una manciata di materiali: acciai al carbonio, acciai inossidabili, leghe di alluminio e forse di tanto in tanto anche il magnesio. La documentazione di accompagnamento identifica il materiale, ma come fa un produttore a determinare se ha realmente ricevuto ciò che ha ordinato? In molti casi, sarebbe utile determinare se il metallo spedito corrisponde al rapporto di test del materiale (MTR). Per fare ciò senza inviare il materiale a un laboratorio di prova, i produttori possono utilizzare dispositivi di analisi elementare.

La tecnologia di analisi elementare ha fatto molta strada dai tempi in cui i produttori di metalli dovevano fare affidamento su test di laboratorio costosi e dispendiosi in termini di tempo o su test rudimentali con scintille o acidi per la verifica dei materiali. I progressi tecnologici consentono agli strumenti portatili di eseguire processi analitici, il che significa che l'analisi elementare di laboratorio ora può essere eseguita in pochi secondi direttamente in officina. Questa funzionalità aiuta a mitigare i rischi e migliora notevolmente la produttività.

Può essere difficile distinguere tra le tecniche disponibili – fluorescenza a raggi X (XRF), spettroscopia di degradazione indotta da laser (LIBS) e spettroscopia di emissione ottica (OES) – e determinare quale sia ottimale per una determinata applicazione.

L'XRF, un test non distruttivo, irradia un campione di metallo con raggi X ad alta energia prodotti da un tubo a raggi X in miniatura nello strumento. Ciò fa sì che gli atomi nel campione emettano raggi X secondari (o fluorescenti) che sono unici per gli elementi presenti nel campione. Il rilevatore dello strumento misura e analizza i raggi X secondari per determinarne l'identità chimica e la loro concentrazione nel metallo da testare. Questa capacità rende XRF utile per l'analisi sia qualitativa che quantitativa della composizione del materiale.

Gli strumenti OES inviano un impulso elettrico ad alta tensione per eccitare gli atomi in un campione. Il campione scarica quindi una scintilla d'arco che può essere misurata e analizzata da uno spettrometro nell'unità OES. Da lì il sistema OES determina la composizione chimica del campione da testare.

Gli analizzatori LIBS ablano la superficie del campione con un laser altamente focalizzato, che produce un plasma di atomi e ioni eccitati. Quando questi atomi iniziano a decadere nei loro stati fondamentali, emettono lunghezze d’onda della luce uniche per ciascun elemento, che vengono analizzate da uno spettrometro nel dispositivo LIBS. Come con XRF, l'analisi LIBS può essere utilizzata sia per misurazioni quantitative che qualitative.

OES e LIBS sono minimamente distruttivi. Lasciano un piccolo segno di bruciatura sul campione.

I produttori di metalli dovrebbero tenere a mente diverse considerazioni quando scelgono una tecnologia, tra cui portabilità, velocità e facilità d'uso.

La portabilità può avere un impatto sostanziale sulla produttività. Fortunatamente, sia gli analizzatori LIBS che quelli XRF sono leggeri e portatili. Ciò significa che l'analisi può essere condotta facilmente in quasi ogni luogo di un negozio o di un magazzino, anche in aree difficili da raggiungere. OES è una tecnologia mobile, ma non è portatile. Richiede un carrello a spinta che può essere difficile da manovrare in aree di lavoro ristrette. Gli analizzatori LIBS più avanzati di oggi pesano appena 6 libbre. (2,9 kg), mentre un OES mobile può pesare fino a 80 libbre. (36 chilogrammi).

Per quanto riguarda la velocità di utilizzo, i fattori principali riguardano la configurazione e la manutenzione dello strumento, la preparazione del campione e la velocità dell'analisi.

Delle tre tecnologie, XRF è la più facile da usare. È un dispositivo inquadra e scatta che non richiede installazione o manutenzione quotidiana. La configurazione di LIBS è relativamente minima e richiede un processo in due fasi che richiede circa 10 minuti. La configurazione giornaliera di OES richiede diversi passaggi e il completamento richiede dai 15 ai 20 minuti. Gli strumenti LIBS e OES richiedono una pulizia regolare.