GDS解密：如何打造钢铁侠的战衣盔甲?【微课堂-3】

在漫威系列电影中，小罗伯特·唐尼饰演的科技天才托尼·史塔克在逃难时为自己造了钢铁盔甲，成功逃脱后，又不断改进战衣盔甲，化身“钢铁侠”，凭着钢铁战衣和各种敌人斗争，守卫世界和平。

那你有没有好奇过？他的钢铁战衣在制作的时候，是如何保证质量呢？

其实这跟GDS技术分不开。前两期的GDS微课堂已经带大家了解了GDS的基本原理，常用概念，这节课开始就要带大家了解GDS在各领域的实际应用了。

这一篇，我将解密GDS在钢铁侠战衣打造过程中的重要作用，以及GDS技术是如何凭借自身优势在钢铁领域大放异彩的！

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GDS与钢铁行业的渊源

GDS初就是诞生于钢铁行业的，1968年，Dr. Grimm将辉光光源与光谱仪耦联，用于铜合金的含量分析，造就了GDS的雏形；随后法国钢铁研究院（IRSID）的一群研究人员将GDS用于镀锌板表面深度分析，自此开启了GDS在钢铁行业检测的事业版图。

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很快的，凭借着分析速度够快、没有污染、无需繁琐的样品制备，而且还能快速获得任意深度元素含量等特点，GDS成功KO了当时盛行的化学分析方法，成为钢铁行业中的“*”。

今天我们就从三个方面来看看，GDS是如何对钢铁产品进行成分分析、材料筛选和质量控制的。

成分分析

GDS测定基体材料的成分

基体材料是金属基复合材料的主要组成部分，它的成分构成将影响复合材料的各种性能，如钢铁侠盔甲的金钛合金，美队盾牌的振金，金刚狼全身骨架的艾德曼金属等。因此，如何测定基底材料的成分构成就显得尤为重要。

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我们知道，GDS可以对样品进行表面深度剖析，获得元素随深度的分布，并通过和小伙伴“标准曲线”的默契合作，帮你获悉各元素浓度水平。

通过类似上图我们能够知道，在已知镀层厚度和元素含量的参比样品时，可以建立定量分析的标准校正曲线。通过标准曲线将获取的定性结果转化为浓度VS深度的定量分析结果，从而获悉各元素浓度水平随深度的变化。

所以它能够很容易地测出材料中不同元素的含量、看看各元素的含量是否达标、是否在可接受范围。我们来看个例子：

上图为均匀基体的成分分析结果，通过GDS，样品中C、P、S、Si、Mn等元素的含量信息一览无余。

材料筛选

GDS测定渗氮能力的强弱

如何确保钢铁侠战衣的性能呢？为了增强金属产品的性能，比如高硬度，更抗打等，通常都会对金属材料进行表面处理，例如渗氮、渗碳、脱碳、离子注入、钝化、氧化、磷化等。

什么是渗氮

渗氮是通过一定方法使得氮原子渗入材料表层的一种技术，它能够改变样品表层的化学成分和组织，从而提高表层性能，是钢铁行业用来获得高硬度和疲劳强度的一种常用工艺。

为了获得好的性能，会在钢中加入能与氮形成稳定氮化物的合金元素，提高钢的渗氮能力。

但如何测定不同材料的渗氮能力是很多材料研究人士的一大难题，现在我们一起来看看GDS针对这一难题的应对方法。

假设现在我们有10种材料，需要了解它们的渗氮能力。在相同的条件下，我们分别对这些材料进行注氮，然后用GDS测定氮元素的注入深度及渗入量。

10种材料在400℃渗氮后的GDS分析结果

在上面的测试结果图中，横坐标表示深度，纵坐标为渗入氮的含量，我们可以直观地看到：氮元素在这10种材料的中渗入的深度和渗入量均不一样，单晶材料由于结构致密，导致氮的渗入深度以及渗入量都比较低，而多晶材料中，氮的渗入深度和渗入量相对较高。

通过这种简单的测试，我们就可以快速筛选出合适的渗氮材料，进而提高金属的性能，是不是非常方便？

质量控制

GDS判断钢铁镀层产品的好坏

妮妮的战衣如何能上天下海还不腐蚀？这也靠GDS技术来支撑。为了防止钢铁材料在使用和运输过程出现磨损，腐蚀等问题，也为了更加的美观，经常会对钢铁进行各种表面涂覆处理，比如镀锌钢板、硅钢、彩涂板等，那如何判断镀层的好坏呢？

以镀锌钢板为例，由于锌在大气中具有很好的耐腐蚀性，所以钢板表面常做镀锌处理，以提高钢板的防腐能力，延长其使用寿命。

镀锌钢板的结构一般为表面纯锌层、中间合金层及铁基体。而在镀层中，铁的含量是衡量合金化效果的一个重要指标，不同工艺会造成镀锌钢板合金层中铁和锌的比例不同，随着镀层中铁含量增加，镀层抗粉化性能会不断下降。

所以通过镀层中铁和锌的比例信息，我们可以轻易地推断出钢板的基本性能、产品是否合格。

简单的说，当GDS检测出钢板中铁的比例为20.5%~28%时，我们就得当心了！这说明这个镀锌层会很容易脱落、断裂。

而获取铁和锌的比例信息对GDS来说，简直是小菜一碟。

上图是镀锌钢板的典型测试结果，通过这张图我们可以很直观地了解到样品各层的厚度、元素含量随深度的变化，以及任意深度各元素的具体含量，有了这些信息后，分析钢板的基本性能也就不是难事啦。

通过上面的分析我们可以看出，打造出适合妮妮的钢铁战衣，GDS技术功不可没。

总结下来，GDS是一种非常适合对镀层样品进行分析的技术，能够帮助我们了解钢铁产品中的元素种类，镀层结构，镀层深度是否均一等信息，帮助我们进行质量控制和材料筛选。

除此之外，GDS还在哪些领域有重要作用呢？我们下一期继续跟大家讲解~

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往期回顾：

【GDS微课堂-1】随Dr.JY掀起GDS神秘面纱

【GDS微课堂-2】七问七答，掌握GDS常用概念

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