Introduction of Quantitative Analysis of Aluminum Alloys and Matching Function

Význam tématu

Analýza hliníkových slitin je klíčová pro zajištění požadovaných mechanických a korozních vlastností v průmyslové výrobě i recyklaci. Přesné stanovení obsahu lehkých prvků, zejména hořčíku, dosud představovalo technickou výzvu kvůli omezené citlivosti konvenčních EDXRF metod.

Cíle a přehled studie

Studie představuje kvantitativní analýzu hliníkových slitin pomocí nového spektrometru Shimadzu EDX-8100. Hlavními cíli jsou:

• Vyvinout a ověřit kalibrační křivky pro prvky Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Zn a Ti.
• Prokázat opakovatelnost a přesnost měření, zejména pro Mg na úrovni 0,1 % nebo méně.
• Uplatnit FP (fundamental parameter) metodu a funkci porovnání spekter („matching function“) pro identifikaci a rozlišení sérií hliníkových slitin.

Použitá metodika

Analýza byla realizována dvěma přístupy:

• Kalibrační křivky: připraveny z 6 standardních a čistých vzorků hliníku, korekce vlivu matricových efektů (dj metoda pro Mg) a překryvů (lj metoda pro Mn a Cr).
• FP kvali/kvant analýza s matching funkcí: porovnání naměřeného spektra s knihovnou slitin „Al Alloy + Castings Library“ pro automatickou identifikaci typu slitiny.

Použitá instrumentace

• Spektrometr: Shimadzu EDX-8100
• Detektor: Si drift (SDD)
• Rentgenová lampa: Rh-target, napětí 15 kV pro lehké prvky (Si–Mg), 50 kV pro těžší (Fe–Ti)
• Proud: automatický režim [µA]
• Kondenzátor a filtry: různé primární filtry (#2–#4) podle analyzovaného prvku, měření ve vakuu
• Integrační časy: 300 s pro lehké prvky, až 3×180 s pro složitější matrice

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrační křivky pro Mg dosáhly přesnosti σ až 0,005 % a lineárity v rozsahu 0–5 % hmotnostních. Opakovatelnost (n=10) pro slitinu 2024 vykázala relativní rozptyl pod 1 % u většiny prvků a 2,5 % u Si. Profil okolí vrcholu MgKα prokázal jasně detekovatelný signál i při koncentracích kolem 0,1 %. FP metoda spolu s matching funkcí konzistentně přiřadila vzorky ke správným JIS typům slitin (např. 3004).

Přínosy a praktické využití metody

• Spolehlivá detekce a kvantifikace Mg přispívá k úspěšnému řízení kvality a optimalizaci vlastností slitin.
• Matching funkce umožňuje rychlou identifikaci a odlišení mezi řadami 1000–8000, užitečné při kontrole recyklovaných materiálů.
• Široký rozsah velikostí vzorků (od malých až po formát A4) rozšiřuje aplikační možnosti v zkušebnách i výrobních linkách.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj směřuje k rozšíření databází slitin, automatizaci vyhodnocení pomocí umělé inteligence a integraci do průmyslových on-line kontrolních systémů. Zvýšení citlivosti a zrychlení měření umožní efektivnější sledování provozních procesů a recyklačních cyklů.

Závěr

Spektrometr Shimadzu EDX-8100 významně posouvá hranice analýzy lehkých prvků v hliníkových slitinách. Díky vylepšené citlivosti pro Mg a dostupné matching funkci poskytuje rychlé, přesné a univerzální řešení pro kontrolu kvality, technologický rozbor i inspekci recyklovaných materiálů.