专利名称：测定镀锌板中脆性相厚度的方法
技术领域：
本发明涉及一种金属镀层分析，具体的说是一种测定镀锌板中 脆性相厚度的方法。
技术领域
镀锌层对钢铁制品有着良好的防护作用，在各种镀锌方法中，有 热镀锌、电镀锌、真空蒸发镀、机械滚镀等。其中，用于热镀锌的锌
量占全部镀锌消耗量的90%以上。在镀锌行业中，测量镀锌板的镀锌 层厚度时，经常提到的一个重要的参数是镀锌量，单位是g/m2(每平 方米镀锌板上锌的质量)，参见图1，因为镀锌板的微观结构大致可 以分为锌层、合金化层、基体等三个部分，它们之间没有很明确的分 界线，存在着互相渗透的现象，用任何方法均不能直接得到镀层的准 确厚度。
目前，镀锌层厚度的测量通常使用辉光放电发射光谱仪对镀锌板 进行分析，参见图2,用辉光放电发射光i普仪分析镀锌板试样，可以 得到试样中的锌、铁元素的强度随着时间的变化曲线图，即"强度-时间(V-s)"图谱。再据ISO标准(ISO 16962，国内外现有的用辉 光放电发射光谱仪测定镀锌板的唯一标准)的要求，参见图3，通过 与工作曲线比较，将"强度-时间(V-s)"图谱转换为"单位时间 表面克重-时间(g/m2/s - s )"图谱，对图3中Zn的谱线进行积分， 可以得到镀锌板试样中的镀锌量，然后用镀锌量除以锌的密度，从而 间接得到镀锌层的表观厚度。
随着技术发展，仅仅获得镀锌层的表观厚度的数据是不够的，技 术人员对镀锌层的深入研究发现，镀锌板(包括锌铁合金化镀锌板) 的机械加工性能、涂层粘附性能与锌铁合金系统相的组成及不同相的 厚度有着密切关系，经过长期研究，锌铁合金系统的状态图已基本确
定下来，并为大家所公认。由锌铁合金系统的状态图可以看出，在热
镀锌工艺的温度范围内，它所产生的相层由铁开始，分别为 a相它是锌溶入铁中所形成的固溶体。 oc + y的共晶混合物。
Y相它是由Fe3Zn!。和Fe5Zn27为主组成的中间金属化合物相。 这个相是镀层中最硬同时也是最脆的相。 Y + 5的包晶混合物。
5相它是以FeZn7为主体的中间金属相。这种组织的硬度较高， 但塑性较好。
5 + ^的包晶混合物。
G相它是以FeZnu为基础的中间金属相。
il相是以锌为主，只含有微量铁的铁-锌固溶体(可以认为是 纯锌相)。
在以上各相中，y相(其中Fe含量为18%-31°/。) 、 5相(其中 Fe含量为8. 1%-13. 2%)和^相(其中Fe含量为5. 9%-7. 1%)是三个 比较重要的相，它们的厚度与镀锌板的性能有较大的关系。其中Y相
(镀层中最硬同时也是最脆的相，即脆性相)的特性决定了它对镀锌 板的机械加工性能、涂层粘附性能影响非常大，因此测量该相的厚度 对表征镀锌板的机械加工性能、涂层粘附性能有着十分重要的意义。 如前文所述，目前辉光放电发射光谱仪只用于间接测量整个镀锌层的 厚度，该方法不适用于测量镀锌板某一相层的厚度。技术人员尝试采 用金相显微镜、扫描电镜等物理手段，观察镀锌板横截面，对于ri相、
G相等厚度较大的相可以测量相的厚度，但对于Y相，其厚度很小， 不能有效的进行观察。采用现有其它各种测量手段，也不能准确测得 Y相层的厚度。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种能够简单、准确检测镀锌板中脆性相层厚度的方法。
技术方案包括用辉光放电发射光谱仪对锌板进行分析，得到锌、 铁元素的强度随着时间变化的曲线图，通过工作曲线，将锌、铁元素 强度随时间变化的曲线图转换为锌、铁元素含量随深度变化的曲线
图；然后在锌、铁元素含量随深度变化的曲线图中的Fe元素变化曲 线上，才艮据y相中Fe的含量范围得到y相的厚度。
所述工作曲线是指对参与工作曲线制作的标准样品(块状)测量 它们的賊射率，然后将抛光好的这些标准样品(块状)按选定、优化 的仪器参数进行分析，将测得的强度和相对溅射率浓度(标准含量与 溅射率的乘积)进行拟合，得到各个元素的强度与相对溅射率浓度的 工作曲线(又称标准曲线)。
发明人仔细研究了镀锌板的微观组织结构，不去考虑镀锌板的表 观厚度的间接计算方法，而着眼于测量计算和镀锌板镀层粘附性能密 切相关的脆性相(y相)厚度，发现在经辉光^L电发射光谱仪分析后 得到的随着时间分布各元素的强度的变化曲线图的基础上，根据用标 准样品制作的工作曲线，结合溅射率(单位时间内试样表面被剥离的 深度)的概念，最终可以得到各元素百分含量对深度的变化曲线。通 过观察该百分含量_深度谱图，可以看出镀锌板试样从表面到基体不 断賊射过程中镀层及基体元素含量的变化过程和趋势，再结合y相 Fe含量为18%-31%的参考，即可从图出测得y相的相应厚度，彻底解 决了目前对镀锌板的厚度小的y相无法准确测量的问题。采用该方法 在辉光谱图中测量计算y相(脆性相)的过程是一个直接的过程，无 需要进行间接计算，测得的数值精确度高。
图1为镀锌板微观结构示意图。
图2为镀锌板试样的辉光光谱图(强度-时间)。
图3为镀锌板试样的辉光光谱图(单位时间表面克重-时间)。
图4为镀锌板试样的辉光光谱图(百分含量-深度)。
具体实施例方式
实施例
1、 按照辉光放电发射光谦仪的要求，调试仪器，使辉光放电发 射光谱仪(H0RIBA J0BIN YV0N公司生产，型号为GD PROFILIER HR ) 处于最佳工作状态。
2、 测量标准样品的溅射率，对辉光放电发射光谱仪的分析参数 进行选定、优化，对抛光好的标准样品(块状)进行分析，得到元素 强度。将元素的强度和相对溅射率浓度(标准含量与賊射率的乘积) 进行拟合，得到各个元素的强度与相对賊射率浓度的工作曲线(标准 曲线)。
3、 选择待分析的镀锌板试样，将表面用无水乙醇或丙酮擦拭干净。
4、 用辉光放电发射光谱仪对镀锌板试样进行分析，得到锌、铁 元素强度随时间变化的曲线图，即"强度-时间(V-s)"图谱，参 照图2。
5、 利用工作曲线，将上述"强度-时间(V - s )"图谱转换为锌、 铁元素含量随深度变化的曲线图，即"百分含量-深度(wt。/。 - nm)" 谱图，参照图4。
转换过程中的基本原理及计算公式
建立工作曲线时，我们得到元素的强度和相对溅射率浓度的关 系，即
Ci(l= f (U
￡ (f (10) = E (Cid) =q*￡ (Ci) =q (因为￡ (Ci)为试样中所有元 素的百分含量之和，￡ (Ci) =100% =1) Ci=Ciq/q=f (Ii)/q= f (U/E (f (U) 〈至此得到元素i的百分含量〉
其中Ci为元素i的百分含量；Ii为元素i的发光强度；q为样 品的賊射率。
溅射率的定义为单位时间内被激发出的样品质量。 q=P V/t=p Jt r2h/t h= (qt)/p兀r2
〈至此得到激发时间和深度的对应关系>
其中q为溅射率；P为样品的密度(利用样品中的元素含量通过 计算可以得到)；r为溅射的半径，等于电极的半径(已知)；h为溅
射的深度；t为賊射时间。
6、在锌、铁元素含量随深度变化的曲线图中的Fe元素变化曲线 上，根据Y相(其中Fe含量为18%-31%)中Fe的含量范围，得到y 相的厚度。本实施例中，通过对图4的测量计算，可以得知，该正常 镀锌板铁含量范围在18%~31%间所对应的深度范围为6.27jum~ 6. 62 jam,即y相的厚度大约为0. 35 |um。
权利要求
1、一种测定镀锌板中脆性相厚度的方法，包括用辉光放电发射光谱仪对锌板进行分析，得到锌、铁元素的强度随着时间变化的曲线图，其特征在于通过工作曲线，将锌、铁元素强度随时间变化的曲线图转换为锌、铁元素含量随深度变化的曲线图；然后在元素含量随深度变化的曲线图中的Fe元素变化曲线上，根据γ相层中Fe的含量范围，得到γ相的厚度。
全文摘要
本发明涉及一种测定镀锌板中脆性相厚度的方法，解决了现有测量方法只能测定镀锌层的表观厚度，而不能准确获得脆性相厚度数据的问题。技术方案包括用辉光放电发射光谱仪对锌板进行分析，得到锌、铁元素的强度随着时间变化的曲线图，再通过工作曲线，将锌、铁元素强度随时间变化的曲线图转换为锌、铁元素含量随深度变化的曲线图；然后在元素含量随深度变化的曲线图中的Fe元素变化曲线上，根据γ相层中Fe的含量范围，得到γ相的厚度。本发明方法彻底解决了目前对镀锌板的镀锌层中厚度小的γ相无法准确测量的问题。在辉光谱图中测量计算γ相(脆性相)的过程是一个直接的过程，无需要进行间接计算，测得的数值精确度高。
文档编号G01B11/06GK101349547SQ20081019680
公开日2009年1月21日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者于录军, 余卫华, 周少云, 张穗忠, 范志国, 陈士华 申请人:武汉钢铁(集团)公司