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(dāng)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(dāng)GDS檢測出鋼板中鐵的比例為20.5%~28%時，我們就得當(dāng)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。