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GDS解密:如何打造鋼鐵俠的戰(zhàn)衣盔甲?【微課堂-3】
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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