Новости

Новый прибор ВНИИОФИ для экспресс-анализа сталей и чугунов на основе лазерного эмиссионного анализа позволяет определять концентрацию примесей с погрешностью до 0,002%.

Дата публикации: 09/09/2009
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

Метод лазерной эмиссионной спектроскопии LIBS заключается в следующем: при облучении образца сфокусированным мощным коротко-импульсным лазерным излучением происходит нагревание, испарение вещества, образуется плазма, эмиссионный спектр которой регистрируется спектральным прибором.
Известно, что концентрация в сталях и чугунах "легких" элементов-примесей: углерода, фосфора, серы, кремния определяет их качество.
По спектру излучения можно определять элементный состав исследуемого образца.
Технология лазерной эмиссионной спектроскопии была впервые продемонстрирована в 1962 г. на рубиновом лазере. Широкие исследования в области лазерного эмиссионного анализа ведутся последние 20 лет.
Связано это с созданием промышленных лазеров, развитием микроэлектронных технологий и появлением многоэлементных оптических датчиков (ССD линеек, фотодиодных матриц). Для большинства лазерных анализаторов используются Nd:YAG-лазеры с энергией в импульсе 50-100 мДж. Плотность импульсной мощности сфокусированного излучения при этом составляет 1010-1012 Вт/см2, длительность импульса 5-7 нс.
Под воздействием лазерного импульса на поверхности образца образуется кратер диаметром от 30 мкм до 1 мм. Лазерный анализатор позволяет проводить одновременный многоэлементный анализ химического состава вещества в режиме реального времени.
При лазерном анализе отсутствует необходимость приготовления образца, т.е. по существу возможен анализ в полевых условиях.
Расход материала при анализе составляет десятки нанограмм. Лазерные анализаторы могут быть использованы в качестве точечного датчика отбора пробы или при анализе на значительных расстояниях.
Чувствительность лазерного эмиссионного анализа для большинства элементов находится в области единиц ррm (1 ррm = 0,0001%).
Результаты, полученные методом LIBS, по точности не уступают традиционным методам (индуктивно-связанной плазмы, дуговым, искровым и рентгеновским методам). Большой интерес в последнее время вызывают портативные анализаторы состава.
Во Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений (ВНИИОФИ) разработан анализатор состава сталей и чугунов АСЧ-01.
Прибор откалиброван по 15 элементам (С, Si, Mn, Р, S, Сr, Ni, Сu, Ti, Аl, V, Nb, Мо, W, В) для низколегированных сталей и чугунов.
Результаты измерений выводятся в виде таблицы концентраций, и вычисляются средние значения по пяти измерениям в различных точках образца.
Источником возбуждения эмиссионной плазмы в анализаторе состава сталей АСЧ-01 служит неохлаждаемый Nd:YAG-лазер с энергией в импульсе 70 мДж и частотой повторения импульсов 0,5 Гц.
В прибор встроены два спектрометра типа "Czerny – Turner”, перекрывающие спектральную область длин волн 190-340 нм с разрешением 0,08 нм.
Передача изображения эмиссионной плазмы в спектрометр осуществляется по оптическому кабелю.
Управление лазером, спектрометром и прибором в целом полностью автоматизировано.
Анализ проводится на воздухе, расход стандартных образцов пренебрежимо мал.
Необходимая пробоподготовка - это любая механическая обработка или зачистка поверхности до металлического блеска.
Время определения состава одной пробы - 1 мин. Масса прибора -11 кг.
Недостатком портативных лазерных анализаторов является существенное наложение спектральных линий в сложных спектрах, таких как спектры сталей и чугунов. В приборе АСЧ-01 реализован метод компьютерной обработки больших массивов данных. Калибровка осуществлялась по 30 стандартным образцам для 15 элементов.
Для большинства элементов точность измерения концентрации соответствует требованиям ГОСТ 18895-97 "Сталь. Метод фотоэлектрического спектрального анализа". Прибор может использоваться во вторичной металлургии для определения марок сплавов, для входного контроля на машиностроительных предприятиях.
ВНИИОФИ выпустил единичные приборы АСЧ-01 и в настоящее время проводит работы по внесению прибора в Государственный реестр средств измерений состава вещества.

Источник: «ФОТОНИКА», 2009, №3, с.26-28, www.electronics.ru

Статьи по теме:

страницы: 1