焊接件中焊接区域内或周边可能优先腐蚀区检测方案(电化学工作站)

用 OSP 解除 SECM中高度的影响--在腐蚀中的应用 1.简介 扫描电化学显微镜(SECM)在腐蚀应用领域的重要性受到越来越多科研和商业部门的重视。SECM 的高分辨率和定量分析能力为评估材料表面耐蚀性提供了一个新的方法。目前，该技术应用过程中经常受样品表面的较大形貌特征变化的影响，只能在有限的范围内实现恒高度扫描。 SECM 结合非触式微区形貌测试系统(OSP)，用户可以先做一个表面形貌测试，然后在 SECM 扫描过程中控制探针的位置。不用高度追踪，日电流测量会受形貌和电化学活性的影响，获得的响应是两者的总和。用高度追踪，可以有效避免形貌的影响，测量样品电化学活性。 2.方法 解除表面形貌的影响需要 OSP 和 SECM面扫描定位，使扫描区域-一致，探针高度变化与样品表面特征一致。这就需要通过一个在两种技术中都可见的参照物来定位。 在下面的例子中，从一个服役多年的大众越野车底盘提取一个焊接件的一小部分，检测焊接区域内或周边的可能的优先腐蚀区。 如图1所示，样品A 左边有一个平的区域，通过磨、锉或者黏附一个定位标记。这个区域用来定位 OSP 和 SECM 技术。样品上感兴趣的区域遮掩起来，或者用一层丙烯酸涂料封上(样品B)。一旦覆盖层去除，暴露出来的区域将发生腐蚀。最后用尖刀在样品左侧平坦区域的丙烯酸涂料上划一个十字(样品C)。这个细凹痕将成为 SECM 探针和 OSP 传感器都能检测到的形貌位置。 图1样品准备 图2腐蚀前(A)和腐蚀后(B)的样品；放大200倍的定位十字(C) 3.结果 3.1 OSP测量 连接到M470(或M370)的OSP传感器头，可以检测漫散射激光，从而测定十字特征位置的形貌。在X和Y轴分别重复进行OSP线扫描，每次扫描后通过螺钉调整样品水平。经过多次扫描，样品十字区域调至水平，足够进行SECM实验。调平后样品的OSP线扫描结果果图3所示。OSP面扫描区域为 0.25mm²，步长10um，结果如图4所示。 图3样品C的OSP 线扫描结果。用这个方法调平样品大约需要10分钟。 0.25 图4十字定位区域的OSP面扫描，步长10pm。 十字中心位置坐标约(220，-40) um。 十字中心找到后， OSP 探针移动到中心位置，基准设为0。移动探针离开基准位置到样品上任何感兴趣的区域，探针的移动距离被记录下来。本实验中为(0，4200) um。再进行一次 OSP 面扫描，这次的形貌用来解除后续 SECM实验中形貌的影响。图5为焊缝周围的形貌。 图5焊接区域的 OSP 面扫描结果。最高点在2.445mm。 3.2 SECM定位 OSP 扫描完成后，把 SECM 探针定位到十字中心，移动到极为接近表面。电解池中加入 3.5% NaCl 溶液，连接Pt辅助电极， Ag/AgCl参比电极(分别是CE 和RE)。 由于探针非常接近表面，探针尖端一定发生反应。本实验中，选择相对Ag/AgCl 参比电极-0.7V，这个电位降低了溶液中的自氧化。用这个方法，我们可以获得十字区域的图像。当探针极为接近丙烯酸时，发生负反馈，电流下降。当探针扫过十字区域，一点儿溶液与探针发生更多的氧化，电流升高。 选择美国的电流惯例，氧化电流为负，还原电流为正。 与之前 OSP 头的操作一样， SECM 探针移到十字中心位置，基准设为0。然后把探针移动到(x，y)=(4200，0)位置，再进行一次逼近曲线，为后续的面扫描做准备。后续的面扫描需要高度追踪数据来解除焊缝形貌的影响。图6为 SECM面扫描的结果。 图6十字区域的 SECM 面扫描结果。十字位置电流升高了约650pA。 OSP 和 SECM 测得的结果应该精确地相似，确保形貌数据与 SECM 数据对应的位置一致。 3. 3 解除形貌影响的 SECM 测量 做了两个不同的实验。 首先，样品施加一个电位，比测量的开路电位稍微偏正约100mV(图7)。确保系统在实验过程中没有钝化，有助于暴露那些容易发生腐蚀的区域。 图7偏置样品焊缝位置Fe(11)氧化为 Fe(I1I)，用高度追踪的 SECM 面扫描结果。 其次，移除样品偏置，样品发生自然腐蚀(图8)。 两个实验中，探针电位为+0.6V vsAg/AgCl，所以图7和图8为Fe(II)氧化为Fe(III)。实验时间为3.5h。 图8未偏置样品焊缝位置Fe(II)氧化为Fe(III)，用高度追踪的 SECM 面扫描结果。 图7和图8都可以看到焊缝区域有较高的负电流，表明焊缝区域的样品表面比其他区域更导电。 4.结论 在腐蚀样品表面演示了不受形貌影响的 SECM 测试新方法。M470(或M370)的这个特征允许用户测试那些用标准恒高SECM 技术无法测量的样品。 OSP 与 SECM 技术结合，测量了毫米形貌变化的腐蚀焊接样品，并保持探针和样品极为接近。测试了加电位和不加电位的样品，表明定义区域焊缝更容易发生腐蚀。Fe(II)的氧化引起的电流在+5pA 到-114pA之间变化。 解除表面形貌的影响需要OSP和SECM面扫描定位，使扫描区域一致，探针高度变化与样品表面特征一致。这就需要通过一个在两种技术中都可见的参照物来定位。在下面的例子中，从一个服役多年的大众越野车底盘提取一个焊接件的一小部分，检测焊接区域内或周边的可能的优先腐蚀区。如图1所示，样品A左边有一个平的区域，通过磨、锉或者黏附一个定位标记。这个区域用来定位OSP和SECM技术。样品上感兴趣的区域遮掩起来，或者用一层丙烯酸涂料封上（样品B）。一旦覆盖层去除，暴露出来的区域将发生腐蚀。然后用尖刀在样品左侧平坦区域的丙烯酸涂料上划一个十字（样品C）。这个细凹痕将成为SECM探针和OSP传感器都能检测到的形貌位置。图1 样品准备图2 腐蚀前（A）和腐蚀后（B）的样品；放大200倍的定位十字（C）