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用OSP解除SECM中高度的影響--在腐蝕中的應(yīng)用
  • 發(fā)布時(shí)間 : 2020-09-04 10:26:24
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  1.簡(jiǎn)介
  掃描電化學(xué)顯微鏡(SECM)在腐蝕應(yīng)用領(lǐng)域的重要性受到越來(lái)越多科研和商業(yè)部門(mén)的重視。SECM的高分辨率和定量分析能力為評(píng)估材料表面耐蝕性提供了一個(gè)新的方法。目前,該技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常受樣品表面的較大形貌特征變化的影響,只能在有限的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒高度掃描。
  SECM結(jié)合非觸式微區(qū)形貌測(cè)試系統(tǒng)(OSP),用戶可以先做一個(gè)表面形貌測(cè)試,然后在SECM掃描過(guò)程中控制探針的位置。不用高度追蹤,電流測(cè)量會(huì)受形貌和電化學(xué)活性的影響,獲得的響應(yīng)是兩者的總和。用高度追蹤,可以有效避免形貌的影響,測(cè)量樣品電化學(xué)活性。
  2.方法
  解除表面形貌的影響需要OSP和SECM面掃描定位,使掃描區(qū)域一致,探針高度變化與樣品表面特征一致。這就需要通過(guò)一個(gè)在兩種技術(shù)中都可見(jiàn)的參照物來(lái)定位。
  在下面的例子中,從一個(gè)服役多年的大眾越野車(chē)底盤(pán)提取一個(gè)焊接件的一小部分,檢測(cè)焊接區(qū)域內(nèi)或周邊的可能的優(yōu)先腐蝕區(qū)。

  如圖1所示,樣品A左邊有一個(gè)平的區(qū)域,通過(guò)磨、銼或者黏附一個(gè)定位標(biāo)記。這個(gè)區(qū)域用來(lái)定位OSP和SECM技術(shù)。樣品上感興趣的區(qū)域遮掩起來(lái),或者用一層丙烯酸涂料封上(樣品B)。一旦覆蓋層去除,暴露出來(lái)的區(qū)域?qū)l(fā)生腐蝕。最后用尖刀在樣品左側(cè)平坦區(qū)域的丙烯酸涂料上劃一個(gè)十字(樣品C)。這個(gè)細(xì)凹痕將成為SECM探針和OSP傳感器都能檢測(cè)到的形貌位置。

  3.結(jié)果
  1.1OSP測(cè)量
  連接到M470(或M370)的OSP傳感器頭,可以檢測(cè)漫散射激光,從而測(cè)定十字特征位置的形貌。在X和Y軸分別重復(fù)進(jìn)行OSP線掃描,每次掃描后通過(guò)螺釘調(diào)整樣品水平。經(jīng)過(guò)多次掃描,樣品十字區(qū)域調(diào)至水平,足夠進(jìn)行SECM實(shí)驗(yàn)。調(diào)平后樣品的OSP線掃描結(jié)果如圖3所示。OSP面掃描區(qū)域?yàn)?.25mm2,步長(zhǎng)10?m,結(jié)果如圖4所示。

  十字中心找到后,OSP探針移動(dòng)到中心位置,基準(zhǔn)設(shè)為0。移動(dòng)探針離開(kāi)基準(zhǔn)位置到樣品上任何感興趣的區(qū)域,探針的移動(dòng)距離被記錄下來(lái)。本實(shí)驗(yàn)中為(0,4200)?m。再進(jìn)行一次OSP面掃描,這次的形貌用來(lái)解除后續(xù)SECM實(shí)驗(yàn)中形貌的影響。圖5為焊縫周?chē)男蚊病?

  1.1SECM定位
  OSP掃描完成后,把SECM探針定位到十字中心,移動(dòng)到極為接近表面。電解池中加入3.5% NaCl溶液,連接Pt輔助電極,Ag/AgCl參比電極(分別是CE和RE)。
  由于探針?lè)浅=咏砻?,探針尖端一定發(fā)生反應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)中,選擇相對(duì)Ag/AgCl參比電極-0.7V,這個(gè)電位降低了溶液中的自氧化。用這個(gè)方法,我們可以獲得十字區(qū)域的圖像。當(dāng)探針極為接近丙烯酸時(shí),發(fā)生負(fù)反饋,電流下降。當(dāng)探針掃過(guò)十字區(qū)域,一點(diǎn)兒溶液與探針發(fā)生更多的氧化,電流升高。
  選擇美國(guó)的電流慣例,氧化電流為負(fù),還原電流為正。
  與之前OSP頭的操作一樣,SECM探針移到十字中心位置,基準(zhǔn)設(shè)為0。然后把探針移動(dòng)到(x, y) = (4200, 0)位置,再進(jìn)行一次逼近曲線,為后續(xù)的面掃描做準(zhǔn)備。后續(xù)的面掃描需要高度追蹤數(shù)據(jù)來(lái)解除焊縫形貌的影響。圖6為SECM面掃描的結(jié)果。


  3.3解除形貌影響的SECM測(cè)量
  做了兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)。
  首先,樣品施加一個(gè)電位,比測(cè)量的開(kāi)路電位稍微偏正約100mV(圖7)。確保系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有鈍化,有助于暴露那些容易發(fā)生腐蝕的區(qū)域。

  其次,移除樣品偏置,樣品發(fā)生自然腐蝕(圖8)。
  兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中,探針電位為+0.6V vs Ag/AgCl, 所以圖7和圖8為Fe(II)氧化為Fe(III)。實(shí)驗(yàn)時(shí)間為3.5h。

  圖7和圖8都可以看到焊縫區(qū)域有較高的負(fù)電流,表明焊縫區(qū)域的樣品表面比其他區(qū)域更導(dǎo)電。
  結(jié)論
  在腐蝕樣品表面演示了不受形貌影響的SECM測(cè)試新方法。M470(或M370)的這個(gè)特征允許用戶測(cè)試那些用標(biāo)準(zhǔn)恒高SECM技術(shù)無(wú)法測(cè)量的樣品。
  OSP與SECM技術(shù)結(jié)合,測(cè)量了毫米形貌變化的腐蝕焊接樣品,并保持探針和樣品極為接近。測(cè)試了加電位和不加電位的樣品,表明定義區(qū)域焊縫更容易發(fā)生腐蝕。Fe(II)的氧化引起的電流在+5pA到-114pA之間變化。

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