在漫威系列電影中,，小羅伯特·唐尼飾演的科技天才托尼·史塔克在逃難時(shí)為自己造了鋼鐵盔甲，成功逃脫后,，又不斷改進(jìn)戰(zhàn)衣盔甲,，化身“鋼鐵俠”，憑著鋼鐵戰(zhàn)衣和各種敵人斗爭(zhēng),，守衛(wèi)世界和平,。

那你有沒(méi)有好奇過(guò)？他的鋼鐵戰(zhàn)衣在制作的時(shí)候,，是如何保證質(zhì)量呢,？

其實(shí)這跟GDS技術(shù)分不開,。前兩期的GDS微課堂已經(jīng)帶大家了解了GDS的基本原理,，常用概念，這節(jié)課開始就要帶大家了解GDS在各領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用了,。

這一篇,，我將解密GDS在鋼鐵俠戰(zhàn)衣打造過(guò)程中的重要作用，以及GDS技術(shù)是如何憑借自身優(yōu)勢(shì)在鋼鐵領(lǐng)域大放異彩的,！

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GDS與鋼鐵行業(yè)的淵源

GDS初就是誕生于鋼鐵行業(yè)的,，1968年，Dr. Grimm將輝光光源與光譜儀耦聯(lián),，用于銅合金的含量分析,，造就了GDS的雛形,；隨后法國(guó)鋼鐵研究院（IRSID）的一群研究人員將GDS用于鍍鋅板表面深度分析，自此開啟了GDS在鋼鐵行業(yè)檢測(cè)的事業(yè)版圖,。

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很快的,，憑借著分析速度夠快、沒(méi)有污染,、無(wú)需繁瑣的樣品制備,，而且還能快速獲得任意深度元素含量等特點(diǎn)，GDS成功KO了當(dāng)時(shí)盛行的化學(xué)分析方法,，成為鋼鐵行業(yè)中的“*”,。

今天我們就從三個(gè)方面來(lái)看看，GDS是如何對(duì)鋼鐵產(chǎn)品進(jìn)行成分分析,、材料篩選和質(zhì)量控制的,。

成分分析

GDS測(cè)定基體材料的成分

基體材料是金屬基復(fù)合材料的主要組成部分，它的成分構(gòu)成將影響復(fù)合材料的各種性能,，如鋼鐵俠盔甲的金鈦合金,，美隊(duì)盾牌的振金，金剛狼全身骨架的艾德曼金屬等,。因此,，如何測(cè)定基底材料的成分構(gòu)成就顯得尤為重要。

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我們知道,，GDS可以對(duì)樣品進(jìn)行表面深度剖析,，獲得元素隨深度的分布，并通過(guò)和小伙伴“標(biāo)準(zhǔn)曲線”的默契合作,，幫你獲悉各元素濃度水平,。

通過(guò)類似上圖我們能夠知道，在已知鍍層厚度和元素含量的參比樣品時(shí),，可以建立定量分析的標(biāo)準(zhǔn)校正曲線,。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線將獲取的定性結(jié)果轉(zhuǎn)化為濃度VS深度的定量分析結(jié)果，從而獲悉各元素濃度水平隨深度的變化,。

所以它能夠很容易地測(cè)出材料中不同元素的含量,、看看各元素的含量是否達(dá)標(biāo)、是否在可接受范圍,。我們來(lái)看個(gè)例子：

上圖為均勻基體的成分分析結(jié)果,，通過(guò)GDS，樣品中C,、P,、S、Si,、Mn等元素的含量信息一覽無(wú)余,。

材料篩選

GDS測(cè)定滲氮能力的強(qiáng)弱

如何確保鋼鐵俠戰(zhàn)衣的性能呢,？為了增強(qiáng)金屬產(chǎn)品的性能，比如高硬度,，更抗打等,，通常都會(huì)對(duì)金屬材料進(jìn)行表面處理，例如滲氮,、滲碳,、脫碳、離子注入,、鈍化,、氧化、磷化等,。

什么是滲氮

滲氮是通過(guò)一定方法使得氮原子滲入材料表層的一種技術(shù),，它能夠改變樣品表層的化學(xué)成分和組織，從而提高表層性能,，是鋼鐵行業(yè)用來(lái)獲得高硬度和疲勞強(qiáng)度的一種常用工藝,。

為了獲得好的性能，會(huì)在鋼中加入能與氮形成穩(wěn)定氮化物的合金元素,，提高鋼的滲氮能力,。

但如何測(cè)定不同材料的滲氮能力是很多材料研究人士的一大難題，現(xiàn)在我們一起來(lái)看看GDS針對(duì)這一難題的應(yīng)對(duì)方法,。

假設(shè)現(xiàn)在我們有10種材料,，需要了解它們的滲氮能力。在相同的條件下,，我們分別對(duì)這些材料進(jìn)行注氮,，然后用GDS測(cè)定氮元素的注入深度及滲入量。

10種材料在400℃滲氮后的GDS分析結(jié)果

在上面的測(cè)試結(jié)果圖中,，橫坐標(biāo)表示深度,，縱坐標(biāo)為滲入氮的含量，我們可以直觀地看到：氮元素在這10種材料的中滲入的深度和滲入量均不一樣,，單晶材料由于結(jié)構(gòu)致密,，導(dǎo)致氮的滲入深度以及滲入量都比較低，而多晶材料中,，氮的滲入深度和滲入量相對(duì)較高,。

通過(guò)這種簡(jiǎn)單的測(cè)試,，我們就可以快速篩選出合適的滲氮材料,，進(jìn)而提高金屬的性能，是不是非常方便,？

質(zhì)量控制

GDS判斷鋼鐵鍍層產(chǎn)品的好壞

妮妮的戰(zhàn)衣如何能上天下海還不腐蝕,？這也靠GDS技術(shù)來(lái)支撐,。為了防止鋼鐵材料在使用和運(yùn)輸過(guò)程出現(xiàn)磨損，腐蝕等問(wèn)題,，也為了更加的美觀,，經(jīng)常會(huì)對(duì)鋼鐵進(jìn)行各種表面涂覆處理，比如鍍鋅鋼板,、硅鋼,、彩涂板等，那如何判斷鍍層的好壞呢,？

以鍍鋅鋼板為例,，由于鋅在大氣中具有很好的耐腐蝕性，所以鋼板表面常做鍍鋅處理,，以提高鋼板的防腐能力,，延長(zhǎng)其使用壽命。

鍍鋅鋼板的結(jié)構(gòu)一般為表面純鋅層,、中間合金層及鐵基體,。而在鍍層中，鐵的含量是衡量合金化效果的一個(gè)重要指標(biāo),，不同工藝會(huì)造成鍍鋅鋼板合金層中鐵和鋅的比例不同,，隨著鍍層中鐵含量增加，鍍層抗粉化性能會(huì)不斷下降,。

所以通過(guò)鍍層中鐵和鋅的比例信息,，我們可以輕易地推斷出鋼板的基本性能、產(chǎn)品是否合格,。

簡(jiǎn)單的說(shuō),，當(dāng)GDS檢測(cè)出鋼板中鐵的比例為20.5%~28%時(shí)，我們就得當(dāng)心了,！這說(shuō)明這個(gè)鍍鋅層會(huì)很容易脫落,、斷裂。

而獲取鐵和鋅的比例信息對(duì)GDS來(lái)說(shuō),，簡(jiǎn)直是小菜一碟,。

上圖是鍍鋅鋼板的典型測(cè)試結(jié)果，通過(guò)這張圖我們可以很直觀地了解到樣品各層的厚度,、元素含量隨深度的變化,，以及任意深度各元素的具體含量，有了這些信息后,，分析鋼板的基本性能也就不是難事啦,。

通過(guò)上面的分析我們可以看出，打造出適合妮妮的鋼鐵戰(zhàn)衣，GDS技術(shù)功不可沒(méi),。

總結(jié)下來(lái),，GDS是一種非常適合對(duì)鍍層樣品進(jìn)行分析的技術(shù)，能夠幫助我們了解鋼鐵產(chǎn)品中的元素種類,，鍍層結(jié)構(gòu),，鍍層深度是否均一等信息，幫助我們進(jìn)行質(zhì)量控制和材料篩選,。

除此之外,，GDS還在哪些領(lǐng)域有重要作用呢？我們下一期繼續(xù)跟大家講解~

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往期回顧：

【GDS微課堂-1】隨Dr.JY掀起GDS神秘面紗

【GDS微課堂-2】七問(wèn)七答,，掌握GDS常用概念

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