[發(fā)明專利]一種研究材料腐蝕電化學行為的裝置及其原位TEM方法

有效

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• 申請日: 2013-02-27
• 公開（公告）號: CN104007149A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 張波;周楊韜;馬秀良
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N23/22;G01N1/32
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發(fā)明涉及一種腐蝕電化學行為的研究方法技術領域，具體涉及一種研究材料腐蝕電化學行為的裝置及其原位（外環(huán)境、陽極極化）TEM方法。

背景技術

電化學極化曲線測試技術是研究材料腐蝕電化學行為的一種常用手段。通過觀察與極化曲線特征位置相對應的腐蝕形貌，可以獲知對應于電化學曲線的某些特征發(fā)生了怎樣的腐蝕過程。以奧氏體不銹鋼為例，當溶液中含有侵蝕性陰離子時，其呈現(xiàn)典型的鈍化-點蝕特征的極化曲線，曲線上的活化區(qū)、活化-鈍化過渡區(qū)、鈍化區(qū)及穩(wěn)定點蝕區(qū)所對應的電化學過程已為廣泛熟知。然而，點蝕形核及亞穩(wěn)態(tài)點蝕過程發(fā)生在穩(wěn)定點蝕之前，故反映在電化學極化曲線上應和曲線的鈍化區(qū)相重合，反映這兩個階段的信息疊加于鈍化區(qū)之上，由于分析手段空間分辨率的限制，點蝕形核（MnS夾雜的溶解）及亞穩(wěn)態(tài)點蝕所對應的極化曲線的特征由于缺乏小尺度的直接的實驗證據尚存在爭議。透射電鏡（TEM）的多種分析手段在小尺度結構表征方面的優(yōu)勢顯而易見，能同時得到結構、成分和形貌的信息，在研究腐蝕過程中的結構演變問題方面的優(yōu)勢是AFM、STM等分析手段無法匹敵的。

綜上所述，迫切需要一種原位（外環(huán)境、陽極極化）TEM研究方法對該類問題進行研究。

發(fā)明內容

針對目前對應于點蝕初期的小尺度表征方面的研究現(xiàn)狀，本發(fā)明設計了原位（外環(huán)境、陽極極化）TEM研究方法對該類問題進行研究。自行設計了固定裝置實現(xiàn)了對TEM樣品的電化學曲線的測試，利用HAADF-STEM（高角環(huán)形暗場掃描透射）成像技術對對應于電化學曲線上不同特征點的TEM樣品進行觀察，實現(xiàn)了在小尺度下研究對應于電化學信息特征點的結構演變。本研究工作所設計的原位TEM研究方法，展示了傳統(tǒng)的電化學測試技術結合高空間分辨的結構分析在研究點蝕初期相關問題中的優(yōu)勢，為電化學測試方法的發(fā)展提供了新的思路。

本發(fā)明的技術方案為：

一種研究材料腐蝕電化學行為的裝置，該裝置用于對TEM樣品的電化學曲線的測試，包括上部塑料外殼、下部塑料外殼、環(huán)狀鉑片和鋁導線；其中：上部塑料外殼上開有直徑2mm的孔，下部塑料外殼的上表面上嵌有環(huán)狀鉑片，環(huán)狀鉑片連接鋁導線的一端，鋁導線的另一端延伸至下部塑料外殼外部。所述環(huán)狀鉑片上依次放置墊片、TEM樣品和上部塑料外殼，TEM樣品通過墊片、環(huán)狀鉑片和鋁導線的依次接觸實現(xiàn)與裝置外部的導通，TEM樣品通過上部塑料外殼上的孔與裝置外的電解液接觸，從而實現(xiàn)將TEM樣品制作成傳統(tǒng)電化學裝置中的工作電極。

所述TEM樣品（透射電鏡樣品）直徑為3mm，所述墊片是將與TEM樣品相同的材料制成片狀并拋光而成；墊片的作用是為了防止電解液通過TEM樣品中間離子減薄所致的小孔與裝置內部的鉑片相接觸。

該裝置的縫隙處（包括上部塑料外殼上的孔與TEM樣品接觸處及該裝置其他縫隙處）用生料帶包覆后，再用松香和石蠟的混合熔體封裝，以防止電解液的滲入。

采用上述裝置研究材料腐蝕電化學行為的原位TEM方法，該方法包括如下步驟：

（1）將待測試材料制備成直徑為3mm的TEM樣品，然后采用所述裝置將TEM樣品封裝成電極（工作電極）；

（2）將封裝好的TEM樣品置于電解液中進行電化學曲線的測試并得到電化學信息；

（3）對經過電化學曲線測試后的樣品進行TEM觀察表征。

步驟（3）之前先將進行電化學曲線的測試后的樣品從所述裝置上取出，放入無水乙醇中浸泡去除樣品表面在封閉時殘留的石蠟后，充分晾干，再進行5min的等離子清洗，然后進行TEM觀察。

本發(fā)明的有益效果是：

能夠實現(xiàn)在小尺度下原位研究電化學腐蝕過程中的結構演變：傳統(tǒng)電化學測試是在工作面積相對較大的塊體材料上進行，雖然可以得到電化學信息，但是腐蝕后的塊體樣品難于制備成TEM樣品，或者在塊體樣品上所取的TEM樣品對應的區(qū)域并不能保證是電化學信息特征點的貢獻位置，所以不能確保結構分析和電化學信息的對應。本發(fā)明涉及的方法是首先將塊體樣品制備成TEM樣品，然后對直徑僅為Φ3mm的TEM樣品進行極化曲線的測試得到電化學信息，極化后的樣品可直接進行TEM觀察表征，且電化學測試的工作面積很小，保證了我們TEM觀察區(qū)域的結構演變能最大程度反映電化學信息的特征，從而實現(xiàn)電化學信息和其結構演變的對應觀察。

附圖說明

圖1為本發(fā)明研究材料腐蝕電化學行為的裝置的結構示意圖。

圖2為對比例1中316F不銹鋼塊體樣品及實施例1中TEM樣品在0.5mol/L的NaCl溶液中的動電位極化曲線。