PCS Analytika

EDXRF pro analýzu složení a tloušťky vrstev

Mechanické, chemické a fyzikální vlastnosti tenkých vrstev jsou odlišné od základního materiálu. Ten se nazývá substrát a z hlediska rtg. spektroskopie musí být jeho tloušťka nekonečně velká ve srovnání s hloubkou vniknutí rtg. záření do substrátu (takto silný materiál se často označuje jako „bulk“). Tloušťka tenké vrstvy musí být naopak menší, než je hloubka vniku primárního rtg. záření, aby bylo možné použít EDXRF spektrometry ke stanovení tloušťky (nebo plošné hustoty) povlaku.
Typickým příkladem použití tenkých vrstev je pokovování – viz popis níže.

Kovy na kovech, kovy a oxidy kovů na plastech atd.

Pokovování je obecný název pro techniku nanášení kovového povlaku na povrchy různých předmětů. Energiově disperzní rentgenová fluorescence (EDXRF) poskytuje rychlou analýzu tloušťky a složení vrstev s jedním nebo více prvky, a to při povlakování žárovém, galvanickém, iontovém napařování, termálním nebo plazmovém rozprašování  nebo při další metodách používaných pro konverzní povlaky. Povlakové materiály musí být naneseny v určitých specifikých tloušťkách, aby bylo dosaženo požadovaných charakteristik. Kovy, které jsou naneseny v nedostatečné tloušťce, nezajistí očekáváný efekt. Při nadbytečném množství se naopak plýtvá drahým potahovým materiálem.

Tloušťka a složení kovového povlaku

Na kovy mohou být aplikovány různé typy povlaků. Výběr typu povlaku je určen finálním použitím výrobku. Některé typy povrchové úpravy jsou určeny k ochraně kovu před oxidací a korozí, v jiných případech se kovové povlaky používají jako maziva nebo jako prostředek pro snížení koeficientu valivého odporu.
Typickými příklady použití jsou kovové šrouby, pásy a další spojovací materiály, kde se povlakování aplikuje mimo jiné i pro snadnější montáž a demontáž. Technologie rentgenové fluorescence se poměrně rozšířila i proto, že rtg. paprsky pronikají pod povrch materiálu hlouběji, než je tomu u jiných metod (např. při použití sondy s vířivými proudy). Aplikace založené na analýze rtg. paprsků se rychle rozšiřují, protože se jedná o nedestruktivní technologii. Řízení kvality technologického procesu pomocí EDXRF se používá v širokém rozpětí aplikací – od pokovování běžných materiálů(včetně pokovovacích lázní) po letecký průmysl, automobilový průmysl nebo vojenskou výrobu.

Pro spolehlivé řízení QA/QC vyrábí firma Rigaku ART několik modelových řad -NEX QC/QC+, NEX DE, NEX CG – jako ideální nástroje pro rychlou kontrolu složení a tloušťky vrstev s cílem zachovat co nejvyšší kvalitu výrobků a zároveň minimalizovat náklady.

Procesní analýza povlaků

Pro procesní analýzu povlaků vyrábí fa Rigaku skanovací EDXRF spektrometry NEX OL a NEX LS.
Spektrometr NEX OL disponuje jednou nebo dvěma statickými měřicími hlavami ovládanými jednou samostatnou řídicí jednotkou. U spektrometru Rigaku NEX LS sestává snímací systém z měřicí hlavy namontované na motorizovaném rámu, který umožňuje posun hlavy tam a zpět v příčném směru nad podélně se pohybujícím pásem. Řízení tohoto procesu se děje přes ovládací počítačovou jednotku s dotykovým displejem. Údaje jsou přenášeny v reálném čase jak v příčném tak v podélném směru povlakovaného pásu. Díky pokročilé technologii třetí generace rentgenových energiově disperzních fluorescenčních spektrometrů představují oba typy Rigaku NEX OL a NEX LS další kvalitativní skok v procesu skenování povlaků. Příkladem může být např. řízení tloušťky silikonové vrstvy na papírovém podkladu.

Obecné aplikace na analýzy povlaků

– Jednoduché povlakovací vrstvy; jeden povlak (Zr, Si, P, Zn, Ni, Cr, Cu, atd) na substrátu
– Binární povlaky na slitinách
– Vícevrstvé povlaky; dvě nebo více vrstev na substrátu
– Prvkové složení povlaků na substrátu
– Analýza pokovovacích lázní