Wie funktioniert die Röntgenfluoreszenzanalyse?
Das Messprinzip in drei Schritten
- Anregung: Eine Röntgenröhre bestrahlt die Werkstoffoberfläche mit primärer Röntgenstrahlung.
- Fluoreszenz: Die Strahlung schlägt Elektronen aus inneren Schalen der Atome. Füllt ein Elektron aus einer äußeren Schale die Lücke, entsteht Röntgenfluoreszenzstrahlung mit einer für jedes Element typischen Energie.
- Detektion und Auswertung: Ein Detektor misst das Spektrum. Die Energie der Linien zeigt, welche Elemente enthalten sind; ihre Intensität dient nach Kalibrierung und Korrektur von Matrixeffekten zur Bestimmung der Gehalte.
Die RFA liefert so qualitative und quantitative Aussagen über die erfassbaren Elemente; die Messung selbst verändert das Bauteil nicht.
ED-RFA und WD-RFA: der Unterschied
Bei der energiedispersiven RFA (ED-RFA, EDXRF) misst ein Halbleiterdetektor die Energie der Fluoreszenzquanten; das gesamte Spektrum wird nahezu gleichzeitig erfasst. Diese Bauart steckt unter anderem in Handgeräten und Tischgeräten und eignet sich für die schnelle Werkstoffidentifikation direkt am Bauteil. Die wellenlängendispersive RFA (WD-RFA, WDXRF) trennt die Strahlung mit Analysatorkristallen nach Wellenlängen. Sie erreicht eine höhere spektrale Auflösung, vor allem bei leichten Elementen, und meist niedrigere Nachweisgrenzen. WD-RFA-Geräte sind jedoch stationäre Laborgeräte, die eine präparierte, in die Probenkammer passende Probe benötigen. Zeros arbeitet mit der energiedispersiven RFA.
Welche Elemente misst die RFA?
Die ED-RFA erfasst typischerweise die Elemente ab Natrium, viele Handgeräte ab Magnesium, bis hin zu Uran. Für die Identifikation metallischer Werkstoffe sind vor allem Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Niob, Molybdän und Wolfram entscheidend. In üblichen Legierungsgehalten erfasst die RFA diese Elemente gut; sehr geringe Gehalte, etwa Mikrolegierungszusätze von Titan, Vanadium oder Niob, liegen dagegen oft nahe der Nachweisgrenze. Elementumfang und Nachweisgrenzen hängen von Gerät, Messzeit und Werkstoff ab.
RFA oder OES? Die Verfahren im Vergleich
| Kriterium | RFA (ED-RFA) | OES (Funkenspektrometrie) |
|---|---|---|
| Messprinzip | Anregung mit Röntgenstrahlung, Messung der elementtypischen Fluoreszenzstrahlung | Funkenentladung verdampft etwas Material, Messung des emittierten Lichts |
| Zerstörungsfrei | Ja, die Messung verändert das Bauteil nicht (beschichtete Flächen ggf. lokal freilegen) | Nein: Die Messstelle wird plan geschliffen, der Funke hinterlässt einen Brennfleck; passt das Bauteil nicht in das Gerät, ist eine Probenentnahme nötig |
| Kohlenstoff (C) | nicht bestimmbar | bestimmbar (bei Gusseisen nur an weiß erstarrten Proben zuverlässig) |
| Leichte Elemente (Mg, Al, Si, P, S) | eingeschränkt, abhängig von Gerät und Werkstoff | gut erfassbar |
| Messfläche | sauber, metallisch blank, frei von Lack und Beschichtungen | plan geschliffene Fläche an Probe oder Bauteil |
| Typischer Einsatz | Werkstoffidentifikation (PMI), Verwechslungsprüfung, Sortierung, auch an fertigen Bauteilen | chemische Analyse inklusive Kohlenstoff, Sortenbestimmung |
| L-Güten (z. B. 304/304L) | nicht unterscheidbar | über den Kohlenstoffgehalt prüfbar (Einhaltung der C-Grenze der L-Güte, z. B. ≤ 0,030 %) |
| Akkreditierung bei Zeros | außerhalb des akkreditierten Geltungsbereichs | akkreditiert nach DIN EN ISO/IEC 17025 für 17 Elemente in Stahl-/Eisen- und 9 Elemente in Aluminiumwerkstoffen (Hausverfahren AA T-13); OES an Kupfer außerhalb des Geltungsbereichs |
RFA-Messung am Bauteil
Grenzen der RFA
- Kein Kohlenstoff: Kohlenstoff, Bor, Stickstoff und Sauerstoff sowie Lithium und Beryllium sind mit der energiedispersiven RFA nicht bestimmbar, Wasserstoff mit keiner RFA. Sorten, die sich vor allem im Kohlenstoffgehalt unterscheiden, etwa 304 und 304L, 316 und 316L oder viele unlegierte Stähle, lassen sich daher nicht trennen; Gleiches gilt für Borstähle und Berylliumkupfer.
- Leichte Elemente nur eingeschränkt: Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor und Schwefel werden je nach Gerät und Werkstoff nur mit höheren Nachweisgrenzen erfasst.
- Oberflächenmethode: Die RFA erfasst nur eine dünne Randschicht. Wie dick sie ist, hängt von Element und Werkstoff ab: Bei Stahl und Kupferlegierungen stammt das Signal überwiegend aus den obersten wenigen bis einigen zehn Mikrometern, bei leichten Elementen wie Silizium, Phosphor oder Schwefel nur aus etwa einem Mikrometer. In Aluminiumlegierungen reicht die Informationstiefe bei schwereren Elementen wie Kupfer oder Zink bis in den Bereich einiger hundert Mikrometer. Schon dünne Schichten aus Lack, Verzinkung, Zunder, Oxid oder Strahlmittelresten verfälschen deshalb das Ergebnis.
- Messfläche und Geometrie: Die Messfläche muss sauber, möglichst eben und groß genug für das Messfenster sein. Sehr kleine oder stark gekrümmte Teile sind nur eingeschränkt messbar.
- Nur Elemente, kein Gefüge: Über Gefüge, Wärmebehandlungszustand oder Festigkeit sagt die RFA nichts aus. Dafür eignen sich Metallographie, Härteprüfung oder Zugversuch.
Wann Sie die OES brauchen
- Der Kohlenstoffgehalt entscheidet, etwa bei unlegierten und niedriglegierten Stählen oder L-Güten nichtrostender Stähle.
- Phosphor, Schwefel oder andere leichte Elemente müssen genau bestimmt werden.
- Ein akkreditiertes Ergebnis für Stahl-, Eisen- oder Aluminiumwerkstoffe ist gefordert, zum Beispiel um Angaben aus einem Abnahmeprüfzeugnis gegenzuprüfen.
Die OES braucht eine plan geschliffene Messfläche und hinterlässt einen Brennfleck; die Probe fertigen wir bei Bedarf in unserer Probenfertigung. In der Praxis ergänzen sich beide Verfahren: die RFA zum schnellen, zerstörungsfreien Identifizieren, die akkreditierte OES-Spektralanalyse zur Bestätigung der Zusammensetzung bei Stahl-, Eisen- und Aluminiumwerkstoffen.
RFA und Akkreditierung
Die RFA bei Zeros ist nicht Teil der Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC 17025 (D-PL-19262-01-00). Im Bereich der chemischen Analyse ist die OES nach Hausverfahren AA T-13 für 17 Elemente in Stahl- und Eisenwerkstoffen und 9 Elemente in Aluminiumwerkstoffen akkreditiert. Den Geltungsbereich finden Sie in unseren Akkreditierungsurkunden.
Stand: Oktober 2026
