使用X射线荧光技术进行材料成分辨别时要考虑的三个重要因素

材料的成分辨别（PMI）在制造业、石化工业和消费品生产行业发挥着举足轻重的作用。在生产制造过程中，不仅在适当的位置使用正确的金属或合金至关重要，而且还需要确保材料的成分没有任何偏差，比如：不存在重金属污染。X射线荧光（XRF）分析是一种对部件进行成分辨别的效率很高、简单易行的方法，可以帮助用户确认所使用的金属或合金是否正确。

手持式XRF分析仪是一款便携式设备，只需少量的样本准备工作，就可以快速提供检测结果。合金成分辨别是最常见的XRF应用之一：使用我们的Vanta XRF分析仪通常可以在1到2秒的短时间内辨别出合金的牌号。

材料的组成成分

手持式XRF分析仪可以定量分析元素周期表中90%以上的元素：从镁元素开始到更重的元素。这些可测元素涵盖了商用合金中所使用的绝大多数元素。图1表明常用合金元素的代表性¹检出限。XRF分析仪的这种检测能力，可以根据所获得的材料成分信息，为铝合金、不锈钢、铬钼合金、许多管道和法兰材料、黄铜合金、青铜合金、其他各种铜合金、焊料、钛合金、工具钢、以及很多基于镍或钴元素的所谓“超级合金”，进行牌号匹配。

图1：常用合金元素的代表性检出限¹

手持式XRF分析仪不能直接检测轻于镁的元素。这些不能检测的元素包含一些合金元素，如：锂、铍和碳。这些元素会涉及到不同的应用，如：

• 某些航空航天用铝合金中的锂
• 某些铜合金中的铍
• 许多低合金钢中的碳

尽管如此，很多这些合金的牌号还是可以基于合金中所含的其他元素成分得到辨别。不过，如果需要对这些轻元素进行定量分析，则需要使用其他分析方式。

样件条件

XRF分析仪的工作方式可以总结如下：（1）发出X射线；（2）X射线返回到探测器；（3）使用复杂的数学算法处理数据；（4）对牌号进行辨别（图2）。X射线荧光是一种表面检测技术。对于某些轻合金来说，如：铝合金，XRF技术只能检测样件表面以下几百微米的深度。对于一些主要金属，如：铁或铜，XRF技术可以检测的样件深度不到一百微米。而对于致密的材料，如：金或铅，则只能检测样件表面以下几十微米的深度。这意味着，在使用X射线荧光技术进行检测时，材料的表面必须要准确地体现整个材料的组成成分，才可以获得可靠的检测数据。表面上的污染，如：油漆、保护层和电镀层，可能会严重歪曲分析的结果。同样，喷砂或喷丸处理以及研磨后存留在表面上的物质，甚至污垢，都可能影响材料成分的辨别结果。因此在使用XRF技术检测样件之前，一定要使样本清洁无尘。

图2：使用X射线荧光技术辨别材料成分的过程

手持式XRF分析仪使用一种低功率的X射线管。由于发射的和返回的X射线都是低功率，因此在检测时一定要将分析仪靠近样本。理想的情况是使样件直接接触到分析仪的测量窗口。如果样件具有复杂的几何形状，则会使检测变得具有挑战性，不过，Vanta分析仪的机身较窄，可以尽可能地接近斜面样件，如：呈90度与管道焊接在一起的法兰。

样件表面的温度

XRF分析技术所使用的X射线的物理特性基本上不会随着样件温度的变化而改变。此外，Vanta XRF分析仪的设计目标是：不受环境条件变化的影响，始终发挥其可靠的检测性能。分析仪在-10 °C到50 °C的温度范围内操作时，不会出现热漂移或性能下降的现象。²

Vanta分析仪在无需改造的情况下，可以在样件温度高达约100 °C时，对样件进行正常检测。超过这个温度，作为分析仪窗口一部分的聚丙烯纺织纤维膜会很容易受到损坏。奥林巴斯为用户提供了一种可以在高温检测时使用的高温垫片。这种高温垫片包含一种聚酰亚胺窗口，可使分析仪对温度高达315 °C的样件进行检测。