Como o Handheld XRF evoluiu na análise de metais e ligas

Fonte: Thermo Fisher Scientific

O controle de qualidade é crucial na produção de metais e ligas para uso em ambientes agressivos, pois mesmo pequenos desvios da composição pretendida podem causar grandes problemas e colocar vidas em perigo. Felizmente, existe uma variedade de métodos que podem ser usados ​​para analisar materiais, seja em laboratório ou no local. O teste no local tem a grande vantagem de fornecer os resultados rapidamente, e uma escolha popular é a fluorescência de raios X portátil (HH-XRF). Este artigo descreve como o HH-XRF pode ajudar os fabricantes a otimizar seus processos de controle de qualidade e garantir que os materiais atendam aos requisitos de aplicações exigentes.

A fabricação de componentes para as indústrias aeroespacial, automotiva, de petróleo e gás ou de geração de energia requer o uso de uma grande variedade de metais – incluindo metais exóticos – e ligas, como aço inoxidável, superligas à base de níquel e cobalto, cobre, alumínio e ligas de titânio. Esses materiais devem operar sob condições adversas enquanto suportam uma quantidade significativa de estresse mecânico. Um bom exemplo são as pás utilizadas em turbinas a gás, que trabalham continuamente em alta velocidade e sob temperaturas extremas. Portanto, é crucial que os fabricantes desses componentes verifiquem se a composição dos materiais utilizados atende às especificações necessárias. Os programas de controle de qualidade são, portanto, parte integrante do processo de fabricação e, em alguns casos, envolvem o envio de amostras a um laboratório para análise. Infelizmente, essa abordagem não é apenas destrutiva, mas também consome muito tempo, pois pode levar vários dias para receber os resultados. Esses tempos de resposta lentos levaram ao desenvolvimento de novas tecnologias – incluindo HH-XRF – que podem ser usadas no local para fornecer respostas imediatas.

Embora o HH-XRF esteja no mercado há mais de 50 anos, o uso em larga escala só se tornou possível depois que os tubos miniaturizados substituíram as fontes radioativas. Outras melhorias foram feitas nos anos seguintes, e a introdução do detector de desvio de silício melhorou significativamente a sensibilidade geral dos instrumentos, estendendo a faixa de detecção de números atômicos 22-83 (titânio para bismuto) até 12 (magnésio). Atualizações mais recentes – incluindo o desenvolvimento de tubos de alta potência e detectores com janelas de grafeno – aumentaram a velocidade de detecção de elementos leves e possibilitaram a detecção em níveis de traço. Os sistemas HH-XRF de hoje também são capazes de identificar os graus de liga comparando as composições medidas com valores tabulados em várias bibliotecas em conformidade com vários padrões internacionais, como AISI, ASTM, DIN, etc.

A verificação de entrada e saída de materiais é uma etapa importante na produção de componentes para essas aplicações de alta tensão e geralmente é realizada várias vezes durante os processos de fabricação e montagem. HH-XRF pode ser usado para medir rápida e convenientemente a composição de vários metais e ligas. Isso inclui a identificação de ligas exóticas, como CSMX-4 (consulte a Figura 1), e materiais proprietários que contêm elementos de liga típicos - por exemplo, níquel - e elementos muito incomuns, como rênio e tântalo, que melhoram a resistência à fluência do material e altas temperaturas resistência à corrosão.

Figura 1: Análise HH-XRF de CSMX-4, um grau de superliga proprietário usado em turbinas a gás. | Fonte: Thermo Fisher Scientific

Em alguns casos, a composição de dois materiais diferentes do mesmo fornecedor pode ser muito semelhante, como é o caso das hastes de aço inoxidável 303 e 304. Enquanto o 304 é o grau mais comum de aço inoxidável – exibindo boa resistência à corrosão e adequado para múltiplas aplicações industriais e domésticas – o 303 é preferido para peças como buchas, rolamentos, porcas e parafusos que requerem alta usinabilidade. O 303 tem mais enxofre em comparação com o 304, o que aumenta sua usinabilidade, mas reduz a resistência à corrosão e a soldabilidade do material. Portanto, é importante que os dois grades não sejam misturados e o material correto seja usado para cada aplicação, algo que pode ser verificado facilmente usando um instrumento HH-XRF (ver Figura 2).