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

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

其實這跟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)域的實際應(yīng)用了,。

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

圖片來源：Pixabay

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)檢測的事業(yè)版圖。

圖片來源：Pixabay

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

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

成分分析

GDS測定基體材料的成分

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,，美隊盾牌的振金,，金剛狼全身骨架的艾德曼金屬等。因此,，如何測定基底材料的成分構(gòu)成就顯得尤為重要,。

圖片來源自網(wǎng)絡(luò)

我們知道，GDS可以對樣品進行表面深度剖析,，獲得元素隨深度的分布,，并通過和小伙伴“標準曲線”的默契合作，幫你獲悉各元素濃度水平,。

通過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,，可以建立定量分析的標準校正曲線。通過標準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出材料中不同元素的含量、看看各元素的含量是否達標,、是否在可接受范圍,。我們來看個例子：

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

材料篩選

GDS測定滲氮能力的強弱

如何確保鋼鐵俠戰(zhàn)衣的性能呢,？為了增強金屬產(chǎn)品的性能,，比如高硬度，更抗打等,，通常都會對金屬材料進行表面處理,，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)用來獲得高硬度和疲勞強度的一種常用工藝,。

為了獲得好的性能,，會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)在我們一起來看看GDS針對這一難題的應(yīng)對方法。

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，我們分別對這些材料進行注氮,，然后用GDS測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

在上面的測試結(jié)果圖中,，橫坐標表示深度，縱坐標為滲入氮的含量,，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較高。

通過這種簡單的測試,，我們就可以快速篩選出合適的滲氮材料,，進而提高金屬的性能，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)來支撐。為了防止鋼鐵材料在使用和運輸過程出現(xiàn)磨損,，腐蝕等問題,，也為了更加的美觀，經(jīng)常會對鋼鐵進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重要指標，不同工藝會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,，鍍層抗粉化性能會不斷下降。

所以通過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。

簡單的說,，當GDS檢測出鋼板中鐵的比例為20.5%~28%時,，我們就得當心了,！這說明這個鍍鋅層會很容易脫落、斷裂,。

而獲取鐵和鋅的比例信息對GDS來說,，簡直是小菜一碟。

上圖是鍍鋅鋼板的典型測試結(jié)果,，通過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。

總結(jié)下來,，GDS是一種非常適合對鍍層樣品進行分析的技術(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~

HORIBA光譜入門手冊自2014年推出以來備受好評，為了幫助大家更好地理解,，我們發(fā)布了GDS微課堂系列文章,。

除了GDS，光譜入門手冊還包括拉曼,、輝光放電,、橢圓偏振光譜等系列合集。

往期回顧：

【GDS微課堂-1】隨Dr.JY掀起GDS神秘面紗

【GDS微課堂-2】七問七答,，掌握GDS常用概念

>>>>    HORIBA Optical School

HORIBA一直致力于為用戶普及光譜基礎(chǔ)知識,，旗下的JobinYvon更有著200年的光學(xué)、光譜經(jīng)驗,，HORIBA非常樂意與大家分享這些經(jīng)驗,，為此特創(chuàng)立Optical School（光譜學(xué)院）。無論是剛接觸光譜的學(xué)生,，還是希望有所建樹的研究者,，都能在這里找到適合的資料及課程。 

HORIBA希望通過這種分享方式，使您對光學(xué)及光譜技術(shù)有更系統(tǒng),、全面的了解,，不斷提高儀器使用水平，解決應(yīng)用中的問題,，進而提升科研水平,，更好地探索未知世界。