Lựa Chọn Nhanh Thiết Bị Phân Tích Thành Phần Hóa Học Trong Thép

LỜI NÓI ĐẦU

Khi cần đầu tư một thiết bị cho kiểm tra phân tích thành phần hóa học trong thép, bạn sẽ lo ngại trong việc lựa chọn công nghệ và thiết bị phù cho nhu cầu và tài chính của mình!?

Trong bài viết này, chúng tôi cố gắng tóm tắt các thông số hiệu suất chính của từng công nghệ và thiết bị thông dụng nhất hiện nay trên thị trường để bạn có một cái nhìn tổng quan nhất về chúng, và nó có thể giúp bạn có những lựa chọn phù hợp nhất.

 

CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ

Công nghệ phổ biến nhất trong việc xác định thành phần hóa học của các nguyên tố trong thép hiện nay được sử dụng để quản lý và kiểm soát đầu vào/ra cho một sản phẩm kim loại là huỳnh quang tia X (X-Ray Fluorescence hay còn gọi là XRF), quang phổ phát xạ với nguồn kích thích bởi các tia laser (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy hay còn gọi là LIBS) và quang phổ phát xạ với nguồn kích thích bởi các tia lửa hồ quang (Optical Emission Spectroscopy hay còn gọi là OES). Mỗi công nghệ có mỗi ưu và nhược điểm riêng, không có một công nghệ nào là hoàn toàn có thể thay thế cho các công nghệ còn lại.

 

Công Nghệ Huỳnh Quang Tia X – XRF – X-Ray Fluorescence

Là một hiện tượng mà năng lượng tia X có bước sóng ngắn tương tác với vật liệu để cung cấp định tính – định lượng thông tin thành phần hóa học đặc trưng của hợp chất.

Các phép phân tích XRF dựa trên nguyên lý “khi chùm tia X được chiếu vào vật liệu kiểm tra, nó sẽ kích thích các nguyên tố ở mức nguyên tử và làm cho các electron chuyển động. Mỗi nguyên tố sẽ phát ra Phổ Huỳnh Quang đặc trưng riêng biệt của chúng (hay còn gọi là phát xạ) khi các chuyển động này xảy ra, và cho phép nhận diện từng thành phần nguyên tố của hợp chất”.

Đối với công nghệ XRF, nó thường được sử dụng để kiểm tra phân loại nhanh cho các sản phẩm đầu ra hoặc có thể đầu vào đối với hợp kim và thép không gỉ với dải phạm vi phân tích rộng, kể cả các nguyên tố nhẹ như Mg, Al, Si, P, S.

Việc phát hiện và phân tích được các nguyên tố nhẹ giúp các thiết bị XRF có thể phân biệt được loại thép không gỉ có mác gần nhau như 300 Series, 400 Series… Bởi vì một số dòng mác thép gần có hàm lượng các nguyên tố nặng hầu như gần bằng nhau và khi đó thành phần Carbon sẽ là yếu tố quyết loại mác thép, nhưng với XRF sẽ không phát hiện được nguyên tố C, do vậy thiết bị có thể dựa vào hàm lượng thành phần của các nguyên tố nhẹ như P và S để phân loại cho các loại mác thép này.

 

Công Nghệ Quang Phổ Phát Xạ Laser – LIBS – Laser-Induced Breakdown Spectroscopy

LIBS hoạt động bằng cách sử dụng một nguồn kích thích bởi xung Laser tập trung bắn vào một mẫu có đủ năng lượng xung để tạo ra Plasma xung quanh khu vực bắn. Khi các electron nguyên tử chuyển động tới giới hạn nó sẽ được vạch rõ loại từ các nguyên tử bao gồm vật liệu. Khi plasma nguội đi, các nguyên tử kết hợp lại với các electron và trong quá trình phát ra ánh sáng ở chế độ UV, quang học và hồng ngoại.

LIBS đã được sử dụng hơn 30 năm trong các phòng phòng thí nghiệm với khả năng phân tích bất kỳ nguyên tố nào trong bảng tuần hoàn. Gần đây, kỹ thuật này đã được thu nhỏ thành một thiết bị cầm tay di động với bình khí Argon nhỏ gọn có khả năng phân tích bất kỳ nguyên tố nào, tùy thuộc vào phạm vi phổ kế được chọn cho thiết bị để có thể phát hiện và phân tích được nguyên tố nhẹ Carbon trong các sản phẩm kim loại đen, màu và hợp kim.

Đối với các sản phẩm kim loại cán, gang… với công nghệ XRF rất khó khăn và có thể bị nhầm lẫn trong việc các định chúng. LIBS có thể là một trong những thiết bị khá tốt để quản lý và kiểm soát cho các sản phẩm đầu vào/ra và trong quá trình sản xuất thành phẩm. Nhưng việc phân tích công nghệ LIBS đòi hỏi phải thử nghiệm tại các điểm khác nhau (được gọi là Rastering Laser) để lấy giá trị trung bình kết quả (thông thường 5 điểm) và có thể để lại vết lõm ngay tại các vị trí thử nghiệm (diện tích vết lõm tùy thuộc vào từng dòng máy), và có thể hạn chế đối với một vài loại hợp kim chịu nhiệt độ cao.

 

Công Nghệ Quang Phổ Phát Xạ Quang Học – OES – Optical Emission Spectroscopy

Nguyên lý hoạt động của công nghệ OES tương tự như LIBS nhưng nguồn kích thích là bởi các tia lửa hồ quang để tạo ra giếng Plasma trong việc thực hiện phân tích cho hầu như tất cả các sản phẩm kim loại đen, màu, hợp kim… trong khâu quản lý & kiểm soát đầu vào/ra và ngay trong quá trình sản xuất thành phẩm.

Với một hệ thống phức tạp nên nó thường được thiết kế dạng tủ đứng hoặc để bàn được cố định tại chỗ với bình khí Argon lớn. Việc phân tích đòi hỏi mẫu thử phải được cắt thành các mẫu nhỏ và chuẩn bị trước, và với nguồn kích thích là bởi các tia lửa hồ quang nên OES để lại vết cháy lõm rất lớn tại bề mặt mẫu kiểm tra. Do vậy, hệ thống OES thông thường được sử dụng trong các phòng LAB để kiểm soát chặc chẽ các sản phẩm thô cho đầu vào đối với các nhà máy chuyên gia công và sản xuất thép.

OES rất khó khăn với các mẫu mới. Nếu bạn chưa chọn hiệu chuẩn cụ thể cho loại mẫu trước khi thử nghiệm, kết quả có thể thay đổi và sai lệch. Phổ OES rất phức tạp với hàng trăm dòng để lựa chọn và các loại mẫu khác nhau tạo ra những thay đổi trong giếng Plasma, do đó việc hiệu chuẩn thêm một loại thép mới vào thư viện đòi hỏi tính chuyên nghiệp cao (hầu như hãng thực hiện điều này).

 

SẢN PHẨM THAM KHẢO

Thiết bị đo quang phổ phát xạ laser cầm tay LIS-02 thuộc hãng NPP SD

Soạn thảo: Nguyễn Đức Thắng

Bình luận bài viết