CN101349547A

CN101349547A - 测定镀锌板中脆性相厚度的方法

Info

Publication number: CN101349547A
Application number: CNA2008101968052A
Authority: CN
Inventors: 余卫华; 张穗忠; 陈士华; 于录军; 范志国; 周少云
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2009-01-21

Abstract

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。

Description

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，用辉光放电发射光谱仪分析镀锌板试样，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：

α相：它是锌溶入铁中所形成的固溶体。

α+γ的共晶混合物。

γ相：它是由Fe₃Zn₁₀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。

γ+δ的包晶混合物。

δ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。

δ+ζ的包晶混合物。

ζ相：它是以FeZn₁₃为基础的中间金属相。

η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，γ相(其中Fe含量为18％-31％)、δ相(其中Fe含量为8.1％-13.2％)和ζ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γ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η相、ζ相等厚度较大的相可以测量相的厚度，但对于γ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γ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，根据γ相中Fe的含量范围得到γ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)测量它们的溅射率，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(γ相)厚度，发现在经辉光放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溅射过程中镀层及基体元素含量的变化过程和趋势，再结合γ相Fe含量为18％-31％的参考，即可从图出测得γ相的相应厚度，彻底解决了目前对镀锌板的厚度小的γ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。

附图说明

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)。

具体实施方式

实施例：

1、按照辉光放电发射光谱仪的要求，调试仪器，使辉光放电发射光谱仪(HORIBA JOBIN YVON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(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％-μm)”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：

c_iq＝f(I_i)

∑(f(I_i))＝∑(c_iq)＝q*∑(c_i)＝q(因为∑(c_i)为试样中所有元素的百分含量之和，∑(c_i)＝100％＝1)

c_i＝c_iq/q＝f(I_i)/q＝f(I_i)/∑(f(I_i))

<至此得到元素i的百分含量>

其中：c_i为元素i的百分含量；I_i为元素i的发光强度；q为样品的溅射率。

溅射率的定义为：单位时间内被激发出的样品质量。

q＝ρV/t＝ρπr²h/t

h＝(qt)/ρπr²

<至此得到激发时间和深度的对应关系>

其中q为溅射率；ρ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为溅射时间。

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γ相(其中Fe含量为18％-31％)中Fe的含量范围，得到γ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6.27μm～6.62μm，即γ相的厚度大约为0.35μm。

Claims

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。