解决方案 | 手持式光谱仪用于汽车转化膜检测

磷酸锌等相关的复合转化膜长期以来都被用于汽车车身、零部件的预处理。在过去的十年中，基于锆（Zr）和钛（Ti）的新型涂层被越来越多的被使用，取代了磷酸盐基涂层作为预处理层^1,2。锆和锆 / 钛基涂层比锌和锌锰镍磷酸盐具有许多优势 ^1,2 ：

• 更好的耐腐蚀性

• 更薄的涂层

• 减少环境影响和废水排放

• 降低运营成本（减少废物和化学品消耗）

锆基和钛基转化镀膜提高了涂料的附着力，增强了对铝合金车身的防腐性能

此前，尼通XL3t 手持式光谱仪已广泛应用于化学涂层生产商、汽车企业以及许多工业企业中。尼通XL3t 手持式光谱仪可以对铝合金、冷轧钢（CRS）、电镀锌（EG）和热浸镀锌钢（HDG）等基材上的锆和钛涂层进行质量控制。新型的尼通XL5 Plus 手持式光谱仪具备强大的基本参数算法，可以为此类应用提供更加简便的工作流程。

使用尼通XL5 Plus 手持式光谱仪对钛和锆转化镀膜进行非标检测

尼通XL5 Plus 手持式光谱仪是一款新型的高性能 X 射线荧光（XRF）光谱分析仪，它的几何结构紧凑，又小又轻，同时具备石墨烯窗口的大面积硅漂移探测器和功能强大的5W X射线管，为苛刻的应用（如薄涂层测量）提供了优秀的灵敏度。

尼通XL5 Plus 手持式光谱仪

尼通XL5 Plus 手持式光谱仪的非标涂层模式可准确确定纯金属、合金、塑料或木材各种基底上最多4层涂层的厚度³。检测合金（如钢或铝合金）上的钛和锆转化镀层的涂层厚度也十分轻松。不仅如此，尼通XL5 Plus 手持式光谱仪操作简单，用户开机即可使用，无需校准，也无需接受复杂的技术培训。

结果与讨论

下述案例中，利用尼通XL5 Plus 手持式光谱仪对 HDG、CRS 和铝合金表面 Zr和Ti转化膜的多个样品进行了分析。首先在配置曲线（分析方法）中设定基底材料（例如钢或铝合金牌号）、涂层元素（例如镀锌钢的锌、锆或钛）以及测量单位和测量时间。

图 1a-d 显示了实验室获得的参考值与使用尼通XL5 Plus 手持式光谱仪在不同基地材料上进行 Zr 和 Ti 测量的相关图。线性回归的相关系数R²、斜率和截距如图 1a-d 所示。R² 值表示数据相互关联的程度，其中相关性R²为1。理想情况下，相关性的斜率应等于或接近 1。

当 R² 大于 0.98时，使用尼通XL5 Plus 手持式光谱仪镀层模式可直接测得不同基底上 Zr 和 Ti的涂层厚度，与实验室参考值具有很强的相关性。当 R² 值在 0.93 左右时，HDG 上的 Zr（图 1b）以及铝合金上的 Zr 和 Ti 的斜率也接近于 1（图 1c 和 1d），Zr 在 CRS 上的斜率为 0.804（图 1a）。这种偏离理想值 1 的情况很有可能与涂层中除 Zr 以外的化合物及元素有关，其影响基体的密度和质量吸收系数，从而影响 Zr 的信号。在这种情况下，对于给定的公式，可以使用标准化功能进行简单的微调整，以提高精度。

另一个需要注意的案例，在测量铝合金板上的 Zr 涂层时，图中线性回归的截距值为 9.03。这与基底材质中也含有 Zr 有关。事实上，锆和钛通常以微量的形式存在于铝合金中，合金牌号标准中没有具体规定。因此，对于给定批次和配方的锆基转化镀膜，只需测量一个涂层样品和一个未涂层样品，然后计算结果的差异即可。如图 3a 所显示的一个示例，其中铝合金板上的锆涂层测量涂层重量为 23.9 mg/m²，而预期值为 15 mg/m²。同一批次的未涂覆基板的 Zr为 9.0 mg/m²（图 3b），应从涂覆样品的结果中减去该值。得到的 Zr 净值为 14.9 mg/m²，非常接近预期值 15 mg/m²。只有当涂层很薄时，才能进行这样的减法。

图 3  a) 涂有 15 mg/m² Zr 的 AA5082 铝合金样品的分析结果，b) 同批次 AA5082 合金未进行涂层样品的分析结果

结论

尼通XL5 Plus 手持式光谱仪非常适合检测现代转化膜，测量的Zr 和 Ti 在钢、镀锌钢或铝合金等不同基体上的预期值和测量值之间取得了良好的相关性和一致性。与尼通XL3t手持式光谱仪的经验校准法相比，尼通XL5 Plus 手持式光谱仪的基本参数模式更易于使用，更灵活，并且不需要许多参考样品。无需标准样品进行校准，仅使用每种涂层类型的少量样品进行检测，即可获得准确数据。如果需要更高精度，用户可以微调分析仪的配置曲线，达到更好准确度。

尼通XL5 Plus 手持式光谱仪是汽车和金属表面处理行业中控制 Zr 和Ti 转化镀膜的涂层厚度的理想设备。可以快速获得投资回报：

• 提高生产力。尼通XL5 Plus 手持式光谱仪在几秒钟内实时显示测量的涂层厚度。在涂层过程中实现及时控制，辅助在成品或半成品的质量控制中快速作出决策。

• 具有较低的初始投资和较低的运营成本，而分析性能可与实验室仪器相匹配。

• 易于使用。尼通XL5 Plus 手持式光谱仪的方法开发和操作不需要实验室人员即可完成。

• 无损分析。分析仪接触样品表面不会造成损伤。手持式设计可以直接在成品上进行测量，无需切割样品将其带到实验室。

• 用途广泛。尼通XL5 Plus 手持式光谱仪不仅可以用于涂层测量，还可用于确定非涂层材料（如铝合金）的合金牌号等。

参考文献

1.Gardobond® X 4707 Product Info, www.chemetall.com, Chemetall GmbH, Frankfurt am Main, Germany 2012.

2.I. Milosev, G. S. Frankel, Review—Conversion CoatingsBased on Zirconium and/or Titanium, Journal of The Electrochemical Society, 165 (3) C127-C144 (2018).

3. M. Bauer, Application Note: Measuring Metal Coating Thickness at Line using the Thermo Scientific Niton XL5 Plus, Thermo Fisher Scientific, Tewksbury, MA, USA