In che modo l'XRF portatile ha evoluto l'analisi di metalli e leghe

Fonte: Thermo Fisher Scientific

Il controllo di qualità è fondamentale quando si producono metalli e leghe destinati all'uso in ambienti difficili, poiché anche piccole deviazioni dalla composizione prevista possono causare gravi problemi e mettere in pericolo la vita. Fortunatamente, esiste una gamma di metodi che possono essere utilizzati per analizzare i materiali, sia in laboratorio che sul posto. I test in loco hanno il grande vantaggio di fornire risultati rapidamente e una scelta popolare è la fluorescenza a raggi X portatile (HH-XRF). Questo articolo descrive come HH-XRF può aiutare i produttori a semplificare i processi di controllo qualità e garantire che i materiali soddisfino i requisiti per applicazioni impegnative.

La produzione di componenti per i settori aerospaziale, automobilistico, petrolifero e del gas o della produzione di energia richiede l'uso di un'ampia varietà di metalli, compresi metalli esotici, e leghe, come superleghe a base di acciaio inossidabile, nichel e cobalto, nonché rame e alluminio. e leghe di titanio. Questi materiali devono funzionare in condizioni difficili resistendo a una quantità significativa di stress meccanico. Un buon esempio sono le pale utilizzate nelle turbine a gas, che funzionano continuamente ad alta velocità e a temperature estreme. È quindi fondamentale che i produttori di questi componenti verifichino che la composizione dei materiali utilizzati soddisfi le specifiche necessarie. I programmi di controllo qualità sono quindi parte integrante del processo di produzione e, in alcuni casi, prevedono l'invio di campioni ad un laboratorio per l'analisi. Sfortunatamente, questo approccio non solo è distruttivo, ma richiede anche molto tempo, poiché possono essere necessari diversi giorni per ricevere i risultati. Questi tempi di risposta lenti hanno portato allo sviluppo di nuove tecnologie – tra cui HH-XRF – che possono essere utilizzate in loco per fornire risposte immediate.

Sebbene l’HH-XRF sia sul mercato da più di 50 anni, l’uso su larga scala è diventato possibile solo dopo che i tubi miniaturizzati hanno sostituito le sorgenti radioattive. Ulteriori miglioramenti furono apportati negli anni successivi e l'introduzione del rilevatore di deriva al silicio migliorò significativamente la sensibilità complessiva degli strumenti, estendendo l'intervallo di rilevamento dai numeri atomici 22-83 (titanio al bismuto) fino a 12 (magnesio). Aggiornamenti più recenti – compreso lo sviluppo di tubi ad alta potenza e rilevatori con finestre in grafene – hanno aumentato la velocità di rilevamento degli elementi leggeri e hanno reso possibile la rilevazione a livello di tracce. Gli odierni sistemi HH-XRF sono anche in grado di identificare i gradi delle leghe confrontando le composizioni misurate con i valori tabulati in più librerie conformi a vari standard internazionali come AISI, ASTM, DIN, ecc.

La verifica dei materiali in entrata e in uscita è un passo importante nella produzione di componenti per queste applicazioni ad alta sollecitazione e viene spesso condotta più volte durante i processi di produzione e assemblaggio. HH-XRF può essere utilizzato per misurare rapidamente e comodamente la composizione di vari metalli e leghe. Ciò include l'identificazione di leghe esotiche, come CSMX-4 (vedere Figura 1), e di materiali proprietari che contengono sia elementi di lega tipici, ad esempio nichel, sia elementi molto rari come renio e tantalio, che migliorano la resistenza al creep del materiale e alle alte temperature. resistenza alla corrosione.

Figura 1: Analisi HH-XRF di CSMX-4, una superlega brevettata utilizzata nelle turbine a gas. | Fonte: Thermo Fisher Scientific

In alcuni casi, la composizione di due materiali diversi dello stesso fornitore può essere molto simile, come nel caso delle barre in acciaio inossidabile di grado 303 e 304. Mentre il 304 è il grado più comune di acciaio inossidabile – che presenta una buona resistenza alla corrosione ed è adatto a molteplici applicazioni industriali e domestiche – il 303 è preferito per parti come boccole, cuscinetti, dadi e bulloni che richiedono un'elevata lavorabilità. Il 303 ha più zolfo rispetto al 304, il che ne aumenta la lavorabilità ma riduce la resistenza alla corrosione e la saldabilità del materiale. È quindi importante che i due gradi non vengano confusi e che venga utilizzato il materiale corretto per ciascuna applicazione, cosa che può essere controllata facilmente utilizzando uno strumento HH-XRF (vedere Figura 2).