Carbon in Stainless Steel การวิเคราะห์คาร์บอนในสแตนเลสด้วย Handheld LIBS

สแตนเลสเป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยธาตุสำคัญหลายชนิด เช่น โครเมียม นิกเกิล โมลิบดีนัม แมงกานีส ซิลิคอน และคาร์บอน ธาตุแต่ละชนิดทำหน้าที่แตกต่างกันในการกำหนดคุณสมบัติของวัสดุ

แม้คาร์บอนจะมีปริมาณน้อยเมื่อเทียบกับธาตุผสมหลัก แต่ความแตกต่างของคาร์บอนเพียงเล็กน้อยสามารถส่งผลต่อ ความแข็ง ความแข็งแรง ความเปราะ ความสามารถในการเชื่อม และความต้านทานการกัดกร่อน ของสแตนเลสได้

คาร์บอนเกี่ยวข้องกับการกัดกร่อนอย่างไร

ความต้านทานการกัดกร่อนของสแตนเลสเกิดจากชั้นฟิล์มโครเมียมออกไซด์ ที่ก่อตัวอยู่บนผิวโลหะ ชั้นฟิล์มนี้มีความบางมาก แต่ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้เนื้อโลหะด้านในสัมผัสกับสภาพแวดล้อมโดยตรง

เมื่อสแตนเลสบางชนิดได้รับความร้อนในช่วงที่เอื้อต่อการเกิดปฏิกิริยา คาร์บอนสามารถรวมตัวกับโครเมียมและเกิดเป็นโครเมียมคาร์ไบด์บริเวณขอบเกรน ส่งผลให้พื้นที่ใกล้เคียงมีปริมาณโครเมียมลดลง

หากปริมาณโครเมียมบริเวณนั้นไม่เพียงพอต่อการรักษาชั้นป้องกัน วัสดุอาจมีความเสี่ยงต่อ การกัดกร่อนตามขอบเกรน หรือ Intergranular Corrosion มากขึ้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า Sensitization และเป็นประเด็นสำคัญสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องผ่านการเชื่อม หรือใช้งานในสภาพแวดล้อมกัดกร่อน

ตัวอักษรที่ต่อท้ายชื่อเกรดสแตนเลสสามารถใช้ระบุข้อกำหนดด้านองค์ประกอบ หรือคุณสมบัติบางประการของวัสดุ โดยตัวอักษรที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอน ที่พบได้บ่อยคือ L และ H

Dual Certification คืออะไร

สแตนเลสบางชุดอาจได้รับการรับรองพร้อมกันเป็น 304/304L หรือ 316/316L ซึ่งเรียกว่า Dual Certification เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีและสมบัติทางกลของวัสดุผ่านข้อกำหนด ที่เกี่ยวข้องของทั้งสองเกรด

เมื่อพบวัสดุแบบ Dual Certified ผู้ตรวจสอบต้องพิจารณาค่าธาตุจริงใน Material Test Report ร่วมกับผลวิเคราะห์หน้างานและข้อกำหนดของโครงการ ไม่ควรตัดสินจากชื่อเกรดบนเครื่องเพียงอย่างเดียว

LIBS ย่อมาจาก Laser-Induced Breakdown Spectroscopy เป็นเทคนิคการวิเคราะห์ธาตุที่ใช้เลเซอร์พลังงานสูงยิงลงบนพื้นที่ขนาดเล็ก ของผิววัสดุ

พลังงานจากเลเซอร์ทำให้เนื้อวัสดุปริมาณเล็กน้อยระเหยและก่อตัวเป็นพลาสมา อะตอมและไอออนภายในพลาสมาจะถูกกระตุ้นด้วยพลังงาน ก่อนปลดปล่อยแสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะตัวออกมา

ระบบสเปกโตรมิเตอร์จะตรวจวัดแสงดังกล่าว และซอฟต์แวร์จะประมวลผลสัญญาณเพื่อระบุชนิดของธาตุ คำนวณความเข้มข้น และเปรียบเทียบผลกับฐานข้อมูลเกรดโลหะ

เครื่อง LIBS ทุกเครื่องวัดคาร์บอนได้หรือไม่

เครื่อง LIBS ไม่ได้มีความสามารถในการวิเคราะห์คาร์บอนระดับต่ำเหมือนกัน ทุกเครื่อง การแยกสแตนเลสเกรด L ต้องใช้เครื่องที่มีช่วงสเปกตรัม ความละเอียดของสเปกโตรมิเตอร์ ระบบออปติก และ Calibration ที่ออกแบบสำหรับ Carbon Analysis ในเมทริกซ์เหล็กและสแตนเลส

ก่อนเลือกเครื่องมือ ผู้ใช้งานจึงควรประเมิน Limit of Detection, Repeatability, Measurement Uncertainty, ช่วงการสอบเทียบ และผลการทดสอบกับตัวอย่างจริงขององค์กร

เหตุใดการวิเคราะห์คาร์บอนจึงใช้ก๊าซอาร์กอน

อากาศโดยรอบมีองค์ประกอบที่สามารถรบกวนการสร้างพลาสมาและการตรวจวัด สัญญาณคาร์บอน การใช้ก๊าซอาร์กอนความบริสุทธิ์สูงช่วยแทนที่อากาศ บริเวณจุดวิเคราะห์ ทำให้พลาสมามีเสถียรภาพ และช่วยเพิ่มคุณภาพของสัญญาณ

ระบบอาร์กอนมีความสำคัญเป็นพิเศษเมื่อต้องวิเคราะห์คาร์บอนระดับต่ำ ผู้ใช้งานต้องตรวจสอบปริมาณ แรงดัน ความบริสุทธิ์ และการไหลของอาร์กอนตามคำแนะนำของผู้ผลิตเครื่องมือ

Handheld XRF เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสำหรับการวิเคราะห์ธาตุโลหะ หลายชนิด เช่น โครเมียม นิกเกิล โมลิบดีนัม ทองแดง ไนโอเบียม และธาตุหนักอื่น จึงถูกใช้อย่างแพร่หลายในงานคัดแยกโลหะและ PMI

อย่างไรก็ตาม คาร์บอนเป็นธาตุเบาที่ให้รังสีเอกซ์พลังงานต่ำมาก สัญญาณสามารถถูกดูดกลืนโดยหน้าต่างของตัวตรวจจับ และอากาศระหว่างตัวอย่างกับตัวตรวจจับ ทำให้ Handheld XRF สำหรับงานภาคสนามทั่วไปไม่สามารถตรวจวัดคาร์บอน ในเหล็กและสแตนเลสได้โดยตรง

ในโครงการที่ต้องวิเคราะห์ธาตุหลายกลุ่ม การใช้ XRF และ LIBS ร่วมกันอาจให้ข้อมูลที่ครอบคลุมกว่า โดย XRF ใช้วิเคราะห์ธาตุหลักและธาตุหนัก ส่วน LIBS ใช้ตรวจวัดคาร์บอนและธาตุเบาบางชนิด

ผลจาก Handheld LIBS ใช้แทนห้องปฏิบัติการได้หรือไม่

คำตอบขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง สมรรถนะของเครื่อง วิธีทดสอบ และระบบควบคุมคุณภาพ Handheld LIBS เหมาะอย่างมากสำหรับงานคัดกรอง การตรวจสอบหน้างาน และ PMI เพราะช่วยให้ตรวจวัสดุได้รวดเร็วโดยไม่ต้องตัดตัวอย่างขนาดใหญ่

หากผลอยู่ใกล้เกณฑ์ตัดสิน เป็นข้อพิพาทด้านการรับรองวัสดุ หรือข้อกำหนดระบุวิธีวิเคราะห์เฉพาะ ควรยืนยันด้วยวิธีห้องปฏิบัติการที่ได้รับการยอมรับ และพิจารณาค่าความไม่แน่นอนของการวัดร่วมด้วย