[发明专利]一种研究材料腐蚀电化学行为的装置及其原位TEM方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种腐蚀电化学行为的研究方法技术领域，具体涉及一种研究材料腐蚀电化学行为的装置及其原位（外环境、阳极极化）TEM方法。

背景技术

电化学极化曲线测试技术是研究材料腐蚀电化学行为的一种常用手段。通过观察与极化曲线特征位置相对应的腐蚀形貌，可以获知对应于电化学曲线的某些特征发生了怎样的腐蚀过程。以奥氏体不锈钢为例，当溶液中含有侵蚀性阴离子时，其呈现典型的钝化-点蚀特征的极化曲线，曲线上的活化区、活化-钝化过渡区、钝化区及稳定点蚀区所对应的电化学过程已为广泛熟知。然而，点蚀形核及亚稳态点蚀过程发生在稳定点蚀之前，故反映在电化学极化曲线上应和曲线的钝化区相重合，反映这两个阶段的信息叠加于钝化区之上，由于分析手段空间分辨率的限制，点蚀形核（MnS夹杂的溶解）及亚稳态点蚀所对应的极化曲线的特征由于缺乏小尺度的直接的实验证据尚存在争议。透射电镜（TEM）的多种分析手段在小尺度结构表征方面的优势显而易见，能同时得到结构、成分和形貌的信息，在研究腐蚀过程中的结构演变问题方面的优势是AFM、STM等分析手段无法匹敌的。

综上所述，迫切需要一种原位（外环境、阳极极化）TEM研究方法对该类问题进行研究。

发明内容

针对目前对应于点蚀初期的小尺度表征方面的研究现状，本发明设计了原位（外环境、阳极极化）TEM研究方法对该类问题进行研究。自行设计了固定装置实现了对TEM样品的电化学曲线的测试，利用HAADF-STEM（高角环形暗场扫描透射）成像技术对对应于电化学曲线上不同特征点的TEM样品进行观察，实现了在小尺度下研究对应于电化学信息特征点的结构演变。本研究工作所设计的原位TEM研究方法，展示了传统的电化学测试技术结合高空间分辨的结构分析在研究点蚀初期相关问题中的优势，为电化学测试方法的发展提供了新的思路。

本发明的技术方案为：

一种研究材料腐蚀电化学行为的装置，该装置用于对TEM样品的电化学曲线的测试，包括上部塑料外壳、下部塑料外壳、环状铂片和铝导线；其中：上部塑料外壳上开有直径2mm的孔，下部塑料外壳的上表面上嵌有环状铂片，环状铂片连接铝导线的一端，铝导线的另一端延伸至下部塑料外壳外部。所述环状铂片上依次放置垫片、TEM样品和上部塑料外壳，TEM样品通过垫片、环状铂片和铝导线的依次接触实现与装置外部的导通，TEM样品通过上部塑料外壳上的孔与装置外的电解液接触，从而实现将TEM样品制作成传统电化学装置中的工作电极。

所述TEM样品（透射电镜样品）直径为3mm，所述垫片是将与TEM样品相同的材料制成片状并抛光而成；垫片的作用是为了防止电解液通过TEM样品中间离子减薄所致的小孔与装置内部的铂片相接触。

该装置的缝隙处（包括上部塑料外壳上的孔与TEM样品接触处及该装置其他缝隙处）用生料带包覆后，再用松香和石蜡的混合熔体封装，以防止电解液的渗入。

采用上述装置研究材料腐蚀电化学行为的原位TEM方法，该方法包括如下步骤：

（1）将待测试材料制备成直径为3mm的TEM样品，然后采用所述装置将TEM样品封装成电极（工作电极）；

（2）将封装好的TEM样品置于电解液中进行电化学曲线的测试并得到电化学信息；

（3）对经过电化学曲线测试后的样品进行TEM观察表征。

步骤（3）之前先将进行电化学曲线的测试后的样品从所述装置上取出，放入无水乙醇中浸泡去除样品表面在封闭时残留的石蜡后，充分晾干，再进行5min的等离子清洗，然后进行TEM观察。

本发明的有益效果是：

能够实现在小尺度下原位研究电化学腐蚀过程中的结构演变：传统电化学测试是在工作面积相对较大的块体材料上进行，虽然可以得到电化学信息，但是腐蚀后的块体样品难于制备成TEM样品，或者在块体样品上所取的TEM样品对应的区域并不能保证是电化学信息特征点的贡献位置，所以不能确保结构分析和电化学信息的对应。本发明涉及的方法是首先将块体样品制备成TEM样品，然后对直径仅为Φ3mm的TEM样品进行极化曲线的测试得到电化学信息，极化后的样品可直接进行TEM观察表征，且电化学测试的工作面积很小，保证了我们TEM观察区域的结构演变能最大程度反映电化学信息的特征，从而实现电化学信息和其结构演变的对应观察。

附图说明

图1为本发明研究材料腐蚀电化学行为的装置的结构示意图。

图2为对比例1中316F不锈钢块体样品及实施例1中TEM样品在0.5mol/L的NaCl溶液中的动电位极化曲线。