Laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS) zur Elementanalyse metallischer Proben

Laser-induced Breakdownspektroskopie (LIBS) for elementanalysis metallic samples

  • Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS) zur Detektion von Wasserstoff in Aluminiumschmelzen. Bei diesem Verfahren wird ein hochenergetischer Laserpuls auf die Probenoberfläche fokussiert. Durch die Wechselwirkungen des Pulses mit der Probe entsteht ein Plasma, dessen Emission spektral analysiert wird. Aus dem Spektrum können so qualitative und quantitative Aussagen über die chemische Zusammensetzung getroffen werden. Ein zu hoher Wasserstoffanteil führt, während des Erstarrungsvorgangs, zur Ausbildung von Poren. Infolgedessen kommt es zur Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Gusserzeugnisses. Somit ist eine Qualitätskontrolle während des Prozesses erforderlich. Die derzeitig eingesetzten Verfahren zur Analyse des Wasserstoffgehaltes haben entscheidende Nachteile. Sie können entweder erst nach dem Erstarren der Schmelze durchgeführt werden oder haben einen stark erhöhten Wartungsaufwand. Die LIPS kann eine verschleißarme Echtzeitanalyse unmittelbar im Schmelzprozess bieten. Der Aufbau einer Anordnung zur spektralen Analyse laserinduzierten Plasmen konnte in dieser Arbeit realisiert werden. Hauptaugenmerk lag dabei auf der Zeitsteuerung. Diese verwirklicht die Abstimmung der spektralen Erfassung auf den Laserpuls. Für diese Herausforderung wurde eine Evaluierung verschiedener Varianten durchgeführt. Danach folgte die Charakterisierung der Spektrometersignale und Laserpulse. Bei der anschließenden qualitativen Auswertung der Spektren konnte unter anderem Wasserstoff identifiziert werden. Die Art und Intensität der Emission ist stark abhängig von Messzeit und Messbeginn. Demzufolge musste ein optimales Zeitfenster gefunden werden. Abschließend wurden die Auswirkungen des Energieeintrages auf die Probe untersucht.
  • This research concentrates on detecting hydrogen in aluminum melting by means of the Laser-induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). A high energetic laser beam will be focused on the surface of the sample. Through the interaction of the beam with the sample a plasma is formed. The plasma emission will be detected and analyzed. So it can make qualitative and quantitative statements about the chemical composition. High hydrogen concentration induces the formation of pores during the solidification process. Consequently the mechanical properties of the casting will be affected. Thus a quality control during the procedure is required. The currently used hydrogen analysis methods have crucial disadvantages. Either they can be implemented after the solidification or they have strongly increased maintenance expenditure. LIBS can offer a low-wear real-time analysis during the melting process. The construction of a configuration to analyses laser-induced plasmas could be realized in this research. Attention was focused on the timing. The spectral capture should be in coordination with the laser beam. For this defiance, an evaluation of different modifications was performed. Accordingly follows the characterization of the spectrometer signal and the laser beam. By the subsequent qualitative interpretation of spectra, hydrogen could be identified among other things. The type and the intensity of the emission are depending on the duration and the start of the measurement. Therefore an optimal time slot had to be found. In conclusion the effects of the energy entry on the sample were examined.

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Metadaten
Author:Anja Martin
Advisor:Peter HartmannGND, Hans-Dieter Schnabel
Document Type:Bachelor Thesis
Language:German
Name:Westsächsische Hochschule Zwickau, LIAN
Peter-Breuer-Str.2, 08056 Zwickau
Date of Publication (online):2018/02/22
Year of first Publication:2013
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Date of final exam:2013/03/04
GND Keyword:Laserinduzierte Breakdown-Spektroskopie; Atomemissionsspektroskopie
Page Number:59 Seiten, 40 Abb., 7 Tab., 40 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik
Release Date:2018/02/22