A2 Technologies Exoscanの紹介

Exoscan

• 世界初 真の携帯型FTIR

Exoscanは、研究室の装置のパフォーマンスを 手で持てるサイズのシステムへ進化させました。

• バッテリー駆動

リチウムイオン バッテリー搭載

• PDA コントロール

無線通信

• 製品識別と鏡面測定

外部反射とダイヤモンドATRを含む複数の交換可能な サンプリング・インターフェース

• サイズ： • • • • • • • • 重さ： 交換可能なサンプリング 干渉計： 測定範囲 バッテリー： インターフェース ： ドッキング・ステーション： マルチレベルソフトウェア： • • • • • • • • • ハンドルとサンプリング部を除く （171.5×118.9×223.8mm） 本体およびバッテリー（3.18kg） 外部反射，1回反射ﾀﾞｲﾔﾓﾝﾄﾞ（ATR）， 1回反射Ge(ATR) マイケルソン干渉計分光器 ビームスピリッターZnSe 4000－650cm -1 リチウムイオンバッテリー(約4時間稼動） 標準的なPDAまたはノートPC Exoscanをベンチ・トップ・システムとして使用可能にします ユーザーの経験と必要条件に合わせてカスタマイズ可能

Exoscan

• 大きなサンプルでも測定可能

•

サンプルの非破壊試験

• 研究室に持ってくるにはあまりに大きいサンプル • • 貴重なもので分解や破壊ができないサンプル

使用場所

• 製造現場 • 保全‐修理工場 • どんな場面でも使用可能

• 目的

– 「高性能」材料を使用した製品が増えています • 複合材、軽荷重量金属、エンジニアリング樹脂 – 非破壊技術は、これらの材料を分析するために必要です • 損傷状態の確認 • 製品の識別 – 赤外分光光度計 • 高感度な分析 • 選択的な測定 – 非破壊分析 => ハンドヘルド分析装置

• 研究所で使用する装置を手で持てるサイズへ

– 要求を満たすアプリケーションと性能 • 現場で使用=>悪条件に耐えうる設計が重要 – 吸湿性がない光学計（吸湿性のある部材を使用していません） – 調整の必要なし（安定したS/N） • 定量分析=> 長期安定性が重要 – 安定した温度管理分光器（使用環境は0℃～50℃） – 密封された分光計（水蒸気と炭酸ガスの影響を抑えます） • 「難しい」サンプル=>S/N比が重要 – 大径光学で高感度 – 効果的なサンプル・インターフェース

• Exoscanインターフェース

– PDA • サンプル測定 • 表示結果（ライブラリーの結果を表示） • 定められたメソッドで測定（予め測定メソッドを入力） • 装置本体とは無線通信 – ノートPC • 分析メソッドの開発 • サンプル測定結果をUserライブラリーとして構築 • スペクトル表示と過去の結果確認 • USBコミュニケーション – PDAとノートPC間で無線通信 ・ データ，メソッド，ライブラリー

• Exoscan－ソフトウエア

– ユーザー選択 • Administrator－メソッド開発、完全なアクセス • Service－装置バリデーション，データの確認 • User－簡易的な操作，合否判定 – メソッド作成 • データ収集 • ライブラリ探索 – 市販またはユーザーオリジナルのLibrary • 定量 – 多変量解析方法 – 単変量解析方法 – 結果の表示 ・ 測定結果とLibraryとの照合表示 • ユーザー制限に基づき Green, Yellow, Red で色分け 表示

Exoscan－Sample Interface

– 交換可能なサンプリング光学

• Diamond ATR、Ge 「1回反射ATR測定」 – サンプルは固体または液体（Geは黒ゴムなど） – サンプルとクリスタルを密着させるだけでOK – 簡単なサンプル識別に適しています • External Reflectance (45⁰) 「反射測定」 – 金属と複合材表面 – 大きな集光角→拡散反射測定 – 表面酸化、皮膜厚さ • Grazing Angle (82⁰) 「高感度反射測定」 – なめらかな金属表面 – 最表面の測定 – 痕跡汚染物質識別 サンプル サンプル サンプル

• External Reflection – 45°外部反射 – 1回反射もしくは 4回反射 • ATR – 1回反射ダイヤモンド、Ge – ダイヤモンド先端 直径1mm – 1回反射もしくは4回反射 • Grazing Angle – 82°高感度反射 – 1回反射 • 交換可能 – 1回反射ダイヤモンドATR、Ge ATR – 外部反射、高感度反射

• Reflectance vs ATR vs Grazing Angle – ATR（1回反射ATR測定）

• ライブラリ探索 • 粉末、固体、液体サンプル

– Reflectance（反射反射測定）

• 定量的測定 • 固体試料 • 屈折率の高いサンプル

– Grazing angle（高感度反射測定）

• 表面汚染 • 金属表面

•

ハンドヘルド表面分析応用例 – 複合樹脂分析

• 熱または酸化劣化の測定

– コーティング分析

• 陽極酸化（アルマイト処理）識別と厚みの測定

– ペンキ/下塗りの識別

• 複合材分析

– 航空機と他産業で複合材料の使用が増加しています • 軽荷重量、強い（耐久性がある）耐腐食性が優れているため – 熱ダメージと酸化劣化に影響されやすい複合材 • 落雷、エンジンの故障 • 損害について調べる技術が必要です – 拡散反射赤外分光学は測定可能です • 試験室での試料測定で証明されています • フィールド配備のために装置開発を行いました • Exoscanはフィールド分析配備ニーズに応じます

複合材料熱ダメージ

Zen Kawasaki, Department of Electrical Engineering Faculty of Engineering, Osaka University , Yamada-Oaka 2-1, Suita, Osaka 565-0871 – 熱ダメージと酸化劣化に影響されやすい 航空宇宙複合材 • 落雷、エンジンの故障 – 拡散反射赤外分光学は、1990年 代初期に 測定手法として確認されて います

複合材料熱ダメージのスペクトル重ね書き

260℃ 230℃ 200℃ 180℃ -- サンプル977-3，エポキシとカーボンの複合材料，40 min加熱 -- 分解能 8 cm -1， 32 秒測定 (128回 積算回数) -- PLS Model ファクター1  SECV 17℃

Heat Damage 977-3; Correlation FTIR to Short Beam Shear • • • Sample subjected to 180, 200,230, 260, 290 deg. for 20 min Short Beam Shear tested as well as Exoscan Correlated FTIR to SBS • 1 st Derivative, PLS model

SBS Strength versus Degradation Temperature 100,0 96,6 97,1 91,7 85,5 80,7

260

350

180 290

400

200

450

230

550

Heat Damage 977-3; Correlation FTIR to Short Beam Shear • 別々の確認 – 10サンプル Temp 350 350 400 400 450 450 500 500 550 550 – 1.89%平均誤差 • SBS Std Dev ~8% actual relative SBS predicted SBS error 100 100 96.6

96.6

91.7

91.7

85.5

85.5

80.7

80.7

103 99.9

96.8

95.4

92.8

94.3

82.3

86.3

80.6

87.3

Average error 1.89

3 0.1

0.2

1.2

1.1

2.6

3.2

0.8

0.1

6.6

• コーティング分析－アルマイト

– アルマイト処理は、アルミニウムを保護し頑丈にします – 特性は、タイプと厚み次第であります • クロム酸、硫酸と硫化ホウ酸塩 • 厚みは、プロセス条件によって異なります • 両方とも、特定のアプリケーションのために指定されます – 今までは非分解で評価するテクニックは、アルマイト測定では ありませんでした – FTIRはアルマイトを確認することができて、定量化することがで きます – Exoscanは、大きな部分でも測定が可能です • 非分解

• コーティング分析－アルマイト タイプ別分析

– 各々のアルマイト加工プロセスは、わずかに異なる アルミニウム酸化被膜を生じます。 • Exoscanで区別できる違い－Library検索 3つの異なるアルマイトの例 Exoscanソフトウェアのアルマイト Library検索結果

• コーティング分析－アルマイト厚み測定

– 直接厚みに関連したアルミナ・バンドの吸収度 Borate sulfuric acid anodization on 2024 aluminum, 65 to 375 mg/ft 2

Band Height at 1128 cm -1 vs. Concentration (mg/ft 2 )

0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 y = 4E-06x 2 - 0,0007x + 0,0467 R² = 0,9954 100 200 300 400 Calibration curve for BSAA on 2024 Note: 8 second collection time

• ペンキと下塗り識別

– ペンキと下塗りは、UVと耐酸化性を高性能材料に与える ことを要求されます • エポキシ化合物 • ウレタン • 添加剤 – 赤外は、簡単にこれらを識別確認します • 非破壊試験のために必要なハンドヘルド使用 – ATRと反射測定は、異なるサンプル・タイプを取り扱いま す • ATRは同定に適しています – 既存のLibrary検索 – 厚み依存でない • 固い表面は反射測定が測定しやすいです

• １．原材料の識別 – ペンキと下塗り剤

• ATR（8秒積算）、ライブラリー照合結果 エポキシ下塗り剤 グレイ ウレタンペイント ホワイト ウレタンペイント

表面処理

– 適切な表面処理は、全ての結合とコーティングプロセスの ために必要です。 • 掃除 • 下塗り – ほとんどNDI技術が、適切な表面処理を保証するものが ありません。 – 赤外分光分析は、多くの表面汚染物と多くの下塗り剤 – Exoscanは、表面処理を破壊せずにテストすることができ ます • 表面汚染を確認して、定量します • 下塗りの厚さを測定します • 下塗り水和と架橋結合を決定します

表面のクリーン度

–

金属表面

– FTIRでの薄膜の測定は可能です。 – Grazing Angle 測定は、高感度に測定を行うことが来ます。 – 浅い角度は、信号を強化するために、金属表面の上で定常波を確立し ます – ExoscanのGrazing Angleサンプル・インターフェースは、反射測定に 比べ4-5x感度向上を示します – 平滑面上の微量な汚染物質を高感度に測定できます

表面のクリーン度

–

アルミ上のシリコンオイル

– Frekote ™ Mold Release on Al sheet metal – 1 – 9 µ g/cm 2 – Limit of Quant grazing angle (~ 5x p-p noise) ~= 0.25 µ g/cm 2 – LOQ ~ 2 µ g/cm 2 for 45 degree

• • •

下塗りの厚さと水和

チタンのゾルゲル（シロキサン）下塗り 良い結合に必要な、適した厚みと架橋結合 シリカの下塗りは、過剰な水和で架橋結合します。 – 架橋結合 は、1180と940cmの -1 時に、シリカのバンドの相対強度で観察され ます – 過剰な水和による全てのサンプルは、シリカの相対強度と水バンドをモニタ ーすることによって観察されることができます Si-O-Si Asym.

Stretch

0.14

0.12

0.1

0.08

0.06

下塗り水和と架橋結合

SiOSi (A) on SS4155 primer treated titanium metal

SiOSi (A) 0.04

0.02

0 98%の 12a ポス ト・コート 11a 98%の 前コート スプレー 10a 10%の H2O 8a 50%の H2O 8a

Sample

部分的な 正しいApplication 2b 2b 2b 2b 比率A－1182cm -1 対Total Area 1a 許容範囲

下塗り水和と架橋結合

0.3

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

0.55

0.5

0.45

0.4

0.35

0 -0.05

12a 98%の ポス ト・コート 11a 11a 98%の 前コート

SiOSi (B) on SS4155 Primer Treated Titanium Metal

10a スプレー 9a 10%の H2O 8a 8a 50%の H2O 7a 部分的な 下塗り SiOSi (B) 2b 2b 2b 正しいApplication 2b 1a 比率B－1068cm -1 対Total Area 許容範囲

Samples

2B 7A 8A 9A 10A 11A 12A

pass/fail

Pass Fail Fail Fail Fail Fail Fail

False Pass False Fail

4 0

下塗り水和と架橋結合

Total Si-O (P/F)

12/0 0/4 0/4 0/4 0/4 4/0 0/4

Si-O-Si(A) (P/F)

12/0 0/4 1/3 4/0 4/0 0/4 4/0

Si-O-Si(B) (P/F)

12/0 2/2 2/2 1/3 3/1 0/4 4/0

Water (P/F)

12/0 2/2 2/2 2/2 3/1 4/0 2/2

Total (P/F) 12/0 0/4 0/4 0/4 0/4 0/4 0/4

13 0 12 0 17 0

0 0

上記のテーブルは、水和実験でできている測定の概要です。4つの測定を用いて、各々の不 適合なサンプルは確認されることができます。その上、合格品のサンプルの全も確認されま す。これは、シリカの下塗りの水和を測るExoscanの能力を示します。

• 結論

– 複合物、陽極酸化（アルマイト）皮膜とペンキの 非破壊表面分析は、必要です • 赤外分光分析は、それらのニーズの多くを満たすことができます • 真の非破壊分析を行うために装置Handheld携帯型であることが 好ましい – 高感度測定を用いてExoscanのできることは • 熱障害、酸化分解反応、複合樹脂の化学分解 • 軽銀の上の陽極酸化（アルマイト）タイプと厚み • ペンキと下塗り識別 • 表面の汚染状態識別 • 下塗り汚染と水和の識別。