تست کوانتومتری

 

اساس عملکرد تست کوانتومتری

اگر بخواهیم اساس کار آزمون کوانتومتری را به طور دقیق شرح دهیم، بدین صورت می باشد که ابتدا باید نمونه مورد نظر آماده سازی شود. آماده سازی نمونه به معنی فرزکاری و سنگ زنی ، سنباده زدن و پولیش کردن نمونه می باشد تا سطحی کاملا صاف داشته باشیم و عاری از هرگونه آلودگی و چربی ناشی از روغن، گریس و غیره باشد. نمونه از قسمتی که روی آن عملیات آماده سازی انجام شده روی دستگاه، در قسمتی که قرار است جرقه زده شود، قرار داده می شود. اساس کار آنالیز کوانتومتری بر پایه نشر نوری و تخلیه الکتریکی می باشد.

نمونه در اثر این تخلیه الکتریکی تبخیر شده و یون ها و اتم های آن تحریک شده و نور تابش می کنند. نور تابش شده با توجه به هر عنصر طول موج معینی دارد. با توجه به محدوده طول موج نور نشر شده و تطبیق آن با خط نشری عناصر نزدیک به آن، می توان غلظت آن عنصر را تعیین کرد. تعیین غلظت عناصر به این صورت می باشد که شدت نور نشر شده با غلظت عنصر متناسب می باشد. با کمک نمونه های استاندارد و منحنی های کالیبراسیون می توان غلظت عناصر را به طور مستقیم اندازه گیری کرد.

 

در آنالیز کوانتومتری باید عنصر پایه را مشخص کرد. عنصر پایه، عنصری است که بیشترین درصد را در بین عناصر دیگر در قطعه دارد. برای تشخیص عنصر پایه می توان از فردی که نمونه را تهیه کرده درخواست شود تا مقدار عناصر به کار برده شده را گزارش کند و در مواردی که این کار ممکن نیست، می توان قطعه را در دستگاه کوانتومتری آزمایش کرده و درصد عناصر موجود را به دست آورد. درنتیجه عنصری که بیشتری غلظت را دارد، به عنوان عنصر پایه در نظر گرفته می شود.

اجزاء دستگاه کوانتومتری

دستگاه کوامتومتری از اجزای زیر تشکیل شده است و هر کدام جداگانه شرح داده می شوند.

گاز خنثی

به منظور انجام تست کوانتومتری از یک گاز خنثی مانند هلیوم و یا مخلوط هلیوم و آرگون استفاده می شود. خلوص این گاز ها بالا و حدود 99/99 درصد بوده و به منظور محافظت از جرقه و جلوگیری از نشر عناصر نامناسب در حین جرقه زدن به کار برده می شود. همچنین از یک دستگاه تصفیه گاز خنثی برای حذف ناخالصی های آن قرار می دهند. وظیفه گاز خنثی این می باشد که ذرات فلزی پراکنده شده توسط اسپارک ناشی از تخلیه الکتریکی را از محفظه خارج کند.

 

تحریک کننده

همان گونه که پیش از این اشاره کردیم، تحریک یون ها و اتم ها باعث تابش نور در تست کوانتومتری می شود. تحریک به دو صورت جرقه ای و کمانی انجام می شود. در تحریک جرقه ای (Spark) ، یک نقطه از نمونه تحت ولتاژ بالا به مدت 30 ثانیه قرار می گیرد. نهایتا بر اثر این برانگیختگی، تمام عناصر قطعه تولید طیف کرده و آنالیز دقیق آن انجام می شود. در تحریک کمانی (Ark) ، تحریک قطعه با ولتاژ پایین و زمان کوتاه (3 ثانیه) انجام می شود. به همین دلیل نتایج آنالیز حاصل از این نوع تحریک در آزمون کوانتومتری ، دقت پایین تری داشته و برای آنالیزهای کیفی و سریع کاربرد دارد.

 

سیستم اپتیک

اجزای سیستم اپتیک و انواع آن در شکل زیر نشان داده شده است. تک رنگ کننده، خطوط موجود در طیف نشری نمونه را جدا می کند. سیستم شکاف نورهای هرز را حذف می کند و تجزیه کننده نور وظیفه تجزیه تابش، مطابق با طول موج را دارد.

 

آشکار ساز

در آنالیز کوانتومتری از آشکار ساز برای اندازه گیری شدت تابش استفاده می شود. اساس عملکرد آشکارساز، تبدیل انرژی تابشی به انرژی الکتریکی می باشد. آشکارساز ها دو نوع photo multiplayer و CCD هستند.

عملکرد آشکارساز نوع فوتومالتی پلیر به این صورت می باشد که فوتومالتی پلیرها طوری چیده می شوند که هرکدام از آن ها یک طول موج مشخص را دریافت کنند اما در نوع CCD که نیمه هادی های با محدوده طیف نوری می باشند، امکان آشکارسازی هیچ گونه طیفی وجود ندارد. در آشکار ساز CCD، باید یک لایه کوتینگ بسیار ناپایدار روی CCD قرار گیرد تا بتوان از آن برای آشکارسازی استفاده کرد؛ ولی این لایه به علت شکست نور و رساندن طیف کوانتومتري تا محدوده نور مرئی باعث ایجاد خطا و ناپایداری زیادی در دستگاه می شود.

 

تکنولوژی photo multi player(PMT) تکنولوژی بسیار دقیق و پایداری می باشد. قیمت CCD نسبت به PMT بسیار پایین تر است و در مقابل دقت نتایج حاصل از این آشکارساز نیز کمتر می باشد.

محدودیت های تست کوانتومتری

برخی دستگاه های آنایلز کوانتومتری از لحاظ سایز نمونه محدودیتی ندارند و این یک مزیت آن ها محسوب می شود چون در این صورت دیگر نمونه نیازی به برش نداشته و تخریب نمی شود. اما برخی دستگاه ها از لحاظ اندازه نمونه محدودیت داشته و باید سایز آن ها را کوچکتر کرد البته این نوع دستگاه دقت بالاتری نسبت به دستگاه های بدون محدودیت سایز دارند. محدودیت دیگری که برخی دستگاه ها دارند مربوط به محدودیت عنصر پایه می باشد. برخی از دستگاه ها فقط قطعاتی را می توانند آنالیز کنند که عنصر پایه آن ها یکی از عناصر Cu، Fe و یا Al باشد.

کاربردهای تست کوانتومتری

• انواع فولاد ها ازجمله فولادهای آلیاژی، فولادهای ساده کربنی و غیره را می توان آنالیز نمود.
• چدن ها و انواع آن مانند چدن های خاکستری، چدن های داکتیل و غیره را با این روش می توان آنالیز کرد.
• ترکیب شیمیایی قطعه را می توان توسط آنالیز کوانتومتری تعیین کرد.
• مواد فلزی موجود در نمونه را می توان تعیین  کرد و با استانداردها و آلیاژهای تجاری مرسوم مطابقت داد.

 

• عناصر ناخواسته موجود در قطعه توسط این آنالیز شناسایی می شود.
• با این روش عناصر موجود در آلیاژهای پایه نیکل، آلومینیوم و مس شناسایی شده و میزان این عناصر نیز اندازه گیری می شود.
• عناصر کمیاب موجود در قطعات توسط آزمون کوانتومتری قابل شناسایی اند.

مزایای تست کوانتومتری

• دقت آنالیز کوانتومتری با استفاده از آشکارسازهای دقیق، بالا می باشد.
• آماده سازی نمونه آسان و سریع می باشد.
• آزمون کوانتومتری نسبت به سایر روش های آنالیز مواد ارزان تر می باشد.
• این آنالیز از تکرارپذیری خوبی برخوردار است.
• تست کوانتومتری ، امکان مکانیزه شدن در صنایع بزرگ برای تعیین عناصر موجود در قطعات صنعتی را دارد.

معایب آنالیز کوانتومتری

• عنصر پایه قبل از انجام آزمون کوانتومتری باید مشخص باشد.
• جنس نمونه لزوما باید فلزی و یا رسانا باشد درنتیجه آنالیز کوانتومتری برای تعیین عناصر قطعات غیرفلزی کاربرد ندارد.
• تست کوانتومتری در تشخیص عناصر با عدد اتمی پایین دقت پایینی دارد.
• در آزمون کوانتومتری کربن در چدن های گرافیتی نیز، دقت این روش پایین می باشد.

 

خدمات کوانتومتری

خدمات کوانترمتری شامل تعیین دقیق عناصر موجود در قطعات بزرگ و کوچک و غلظت این عناصر می باشد. اندازه گیری عناصر موجود در آلیاژهای آهنی، نیکلی، مسی و آلیاژهای دارای آلومینیوم جزو خدمات کوانتومتری است. نمونه های چدنی با سایز کوچک و یا باریک که پایه آهنی، نیکلی و کبالت دارند را می توان با ذوب مجدد آن ها و ساخت دیسک یا پولک آنالیز کوانتومتری کرد. هم چنین عنصر منیزیم باقی مانده در نمونه های پولکی که از مذاب چدن ایجاد شده اند را می توان با آنالیز کوانتومتری شناسایی کرد.

 

آزمون های ترکیب شیمیایی و استاندارد های مربوطه

جدول زیر انواع تست کوانتومتری به همراه استانداردهای مربوطه برای انواع فلزات و آلیاژهای آن ها را نشان می دهد.

هزینه تست کوانتومتری

هزینه تست کوانتومتری را می توان از منظر قیمت دستگاه کوانتومتری و قیمت آنالیز آن بررسی کرد. دستگاه کوانتومتری به دلیل حساسیت آن و داشتن اجزای مختلف تقریبا گران می باشد. اما هزینه تست کوانتومتری به ازای هر نمونه، تست مقرون به صرفه ای می باشد. البته هزینه تست کوانتومتری به اندازه قطعه و تعداد نقاط مدنظر برای انجام آنالیز و نوع آشکار ساز می تواند متفاوت باشد. در برآورد هزینه تست کوانتومتری ، استفاده از آشکارساز CCD منجر به هزینه کمتر برای شرکت های انجام دهنده آنالیز می شود اما دقت آن کمتر بوده و برای مشتری کارایی موثری نخواهد داشت. بهترین نوع تست کوانتومتری ، استفاده از دستگاهی می باشد که آشکارساز PMT به کار برده باشد.