微区扫描电化学测试技术原理及其应用进展

微区扫描电化学测试由于其独特的检测手段被广泛运用。本文综述了扫描振动电极技术(SVET)、扫描开尔文探针技术(SKP)、电化学阻抗谱技术(LEIS)、扫描电化学显微技术(SECM)四个微区扫描电化学测试技术的原理。并总结了微区扫描电化学测试技术在腐蚀、生物科学扫描、界面反应和能源方面的发现与应用。微区扫描电化学技术与传统电化学测量技术、扫描电镜技术等相结合,将有助于更深入地理解电化学行为,为材料、生物、能源等领域研究取得新突破提供技术支持。

微区电化学测量技术在金属电偶腐蚀中的应用

微区电化学测量技术可在微米级甚至亚微米级尺度对金属电偶腐蚀进行原位检测,为深入研究金属电偶腐蚀提供了新途径。介绍了金属电偶腐蚀的基本原理及其主要影响因素,综述了丝束电极技术(WBE)、局部电化学阻抗谱技术(LEIS)、扫描振动电极技术(SVET)、扫描电化学显微技术(SECM)、扫描开尔文探针技术(SKP)等常用的微区电化学测量技术的优缺点及应用现状,最后对其未来发展进行了展望。

微区电化学扫描技术应用现状

对微区扫描电化学显微技术的发展,其工作原理及技术应用进行概述.综述微区扫描电化学技术在生物领域的应用(如对叶绿体,癌细胞DNA等大分子的活动进行成像)、电源技术领域的应用(如对锂离子电池等的新能源电池界面反应)以及在金属腐蚀领域的应用(不锈钢、镁铝合金腐蚀机理和涂层失效行为等).随着微区扫描电化学技术的进一步成熟,势必会引发新一批的研究热潮,推动新兴产业链发展.

有机涂层剥离的微区电化学研究进展

介绍了有机涂层剥离的关键影响因素,并阐述了先进的微区电化学测试技术,包括扫描参比电极技术(SRET)、扫描振动参比电极技术(SVET)、扫描开尔文探针(SKP)、局部电化学阻抗谱(LEIS)等在有机涂层剥离研究中的应用进展。将近年来逐渐成熟的具有高空间分辨率的微区电化学理论和研究方法应用于有机涂层剥离的研究,对于探索剥离的扩展规律和机制,从本质上认识涂层/金属界面过程具有重要意义。

LIGA技术微电铸镍的电化学研究

微电铸工艺兼具掩膜电镀和厚膜结构电铸的双重特征。采用线性电位扫描和电化学交流阻抗等电化学测量技术 ,对高深宽比掩膜条件下微电铸镍的电极反应动力学过程进行了初步研究。结果显示 ,高深宽比掩膜使扩散传质过程更容易成为电极反应的控制因素 ,并由此导致深层微电铸结构疏松多孔等缺陷。提高电镀过程传质能力的改良工艺能够显著改善微电铸镍结构的整体品质。

X70管线钢近中性pH应力腐蚀的微区电化学行为研究

本文采用扫描振动微电极和局部电化学交流阻抗谱测试了近中性pH环境中X70管线钢平滑试样及裂纹尖端发生的局部溶解电化学行为，用来确定并量化应力和氢以及它们对阳极溶解的协同作用在裂纹扩展中的作用。研究结果表明，外加拉伸应力能够提高管线钢的阳极溶解速度，应力较小时，应力加速溶解并不明显；应力提高到80％屈服强度时，管线钢的阳极溶解速度显著提升。裂纹或者裂纹状缺陷的存在会引起应力集中因而会导致加速局部阳极溶解速度。当预制裂纹CT试样受到3000N拉力时，裂尖的应力影响阳极溶解因子高达3．6，而低应力区域只有1．10。近中性pH环境中氢与应力对管线钢在的阳极溶解的联合作用，这对裂纹的扩展起到了决定性的作用。受到525MPa应力的平滑试样在不同电流密度0．1mA／cm^2，1mA／cm^2，5mA／cm^2，10mA／cm^2和20mA／cm^2充氢后，氢与应力对阳极溶解的协同影响因子，分别是1．048，1．668，2．568，3．976和5．437。

微区电化学方法在电偶腐蚀领域的应用

概述了近些年来微区电化学测量技术在电偶腐蚀方面的研究进展,包括丝束电极技术(WBE)、扫描电化学显微镜(SECM)、扫描振动参比电极技术(SVET)、局部电化学交流阻抗谱(LEIS)、扫描开尔文探针(SKP)等微区电化学测量技术的应用状况,并对其未来的发展及应用进行了论述。

涂层/钢结构腐蚀与耐久性评价中的微区电化学实验研究

依托宁波市混凝土结构耐久性重点实验室,对涂层/钢结构体系在海洋环境下的腐蚀防护机理、腐蚀检测,以及微区电化学技术在钢结构耐久性实验中的研究进展进行了介绍。利用不同的微区电化学技术检测防腐涂层/钢结构体系的局部腐蚀行为,从微观尺度揭示涂层/金属界面腐蚀的动力学衍变过程和损伤-失效机理,实现防腐涂层涂覆金属在局部损伤区域的寿命预测和早期老化预警,为海洋钢结构服役的可靠性评估及全寿命分析提供科学依据。

电化学方法和丝束电极在局部腐蚀研究中的应用

综述了常规电化学方法和扫描微探针技术的测试原理和应用现状,重点探讨了丝束电极在金属不同类型局部腐蚀研究中的应用。丝束电极技术能够获得不同位置点腐蚀电位、电流密度,从而获得界面等电位图和电流分布图等信息。丝束电极技术与常规电化学方法和微区扫描探针技术联合应用,可克服丝束电极技术只能测量宏观尺度电流电位分布不均的缺点,扩展丝束电极技术的研究范围。

加速腐蚀试验下PCB-ENIG的腐蚀电化学行为

目的针对化学镀镍金印制电路板(PCB-ENIG,Electroless Nickel Immersion Gold Printed Circuit Board)模拟舰载机服役的海洋大气环境,研究其腐蚀电化学行为。方法基于实测的环境数据,编制适用于电子设备的加速腐蚀试验环境谱,在实验室条件下开展加速腐蚀试验研究。采用电化学工作站定期测试分析试样的电化学阻抗谱,以电荷转移电阻R_(ct)的倒数(1/R_(ct))为腐蚀速率表征参数,分析其宏观电化学行为。采用扫描Kelvin探针技术(SKP)定期测试试样表面伏打电位分布特征,以电位均值μ和标准差s等参数表征微区电化学特性。结果第0~1周期,电荷转移电阻R_(ct)由217.43 kΩ·cm^(2)增至283.41 kΩ·cm^(2),腐蚀速率小幅度降低,主要发生微孔腐蚀。第1~4周期,随着腐蚀周期的延长,微孔表面附着的腐蚀产物出现龟裂、剥落等现象,对腐蚀介质的阻挡作用减弱,阻抗弧半径不断减小,腐蚀速率不断增大;第4周期,R_(ct)达到最小,仅为44.62 kΩ·cm^(2),腐蚀速率达到最大,表面伏打电位均值μ降至-381.37 mV,σ增至55.52,呈现明显的阴阳极,腐蚀倾向较大。第5~7周期,腐蚀加重,表面腐蚀产物不断积聚,形成一层较厚的腐蚀产物层,腐蚀速率不断减小;第7周期,电荷转移电阻达到最大,为311.31kΩ·cm^(2),表面电位均值升至-256.45 mV,电位标准差较大,电位分布较为分散,说明腐蚀产物的积聚会降低腐蚀速率。结论不同腐蚀周期,PCB-ENIG试样表面微区Kelvin电位服从正态分布;随着加速腐蚀时间的增长,PCB-ENIG腐蚀速率呈减小-增大-减小的变化规律。

微区电化学测量技术进展及在腐蚀领域的应用

综述了近年来微区电化学测试系统的各项技术设备原理及应用的发展概况,分别探讨了扫描振动参比电极技术(SVET)、扫描开尔文探针(SKP)、局部电化学交流阻抗谱(LEIS)和扫描电化学显微镜(SECM)等微区电化学测量系统在腐蚀理论研究与防护技术领域的应用;并指出在发展更加精密、可靠和满足快速的SVET、SKP、LEIS和SECM等微区电化学测量系统的同时,将以上技术用于金属各种局部腐蚀的机理和相组织腐蚀电化学的研究中,不但可以积累以上技术关于腐蚀电化学研究中的基础数据与规律,还可以加快这些技术的发展。

局部阻抗测试技术在评定有机涂层环境失效中的应用

局部电化学阻抗谱技术(LEIS)是一种新型的电化学测试技术,可以通过测量有机涂层体系的局部阻抗,并在局部阻抗的变化、涂层电容的变化以及涂层的剥离程度之间建立起直接关系,弥补了传统电化学阻抗技术(EIS)只能反映所测面积整体平均信息的缺点,因而对评定有机涂层的环境失效有着重要意义。对该技术的测定原理、测定装置以及在评定有机涂层环境失效上的应用进行了介绍。

微区电化学测量技术及其在腐蚀中的应用

综述了近几年来用于研究金属腐蚀的几种微区电化学测量技术,重点介绍了扫描电化学显微镜技术及其应用,并对它未来的发展趋势进行阐述。

有机涂层/金属界面腐蚀的微区电化学

以扫描开尔文探针,局部交流阻抗和扫描电化学显微镜为代表的微区电化学技术以其高精度、高空间解析度的定域分析优势被广泛应用。本文简要介绍了这三种技术的测量原理和关键问题,并着重归纳了这些技术应用于有机涂层/金属界面腐蚀行为的研究成果,包括界面微区表观形貌的获取,不同界面腐蚀机制的推理验证及其影响因素的作用机理等,并对三种技术的重要测量参数进行了解析。研究表明与宏观电化学相比,对于涂层/金属界面腐蚀的研究,微区电化学研究成果具有很好的补充作用,这对于建立有机涂层/金属界面腐蚀的微区电化学理论具有深远的意义。文中最后还对微区电化学技术的局限性和未来发展的方向进行了论述和展望。

2219铝合金搅拌摩擦焊缝在弱腐蚀下的腐蚀行为

利用动电位极化曲线测试、微区电化学阻抗测试、周期浸润测试和浸泡腐蚀,结合透射电镜和扫描电镜探究了2219铝合金在1 mg/L氯化钠和0.1 mg/L硫化钠混合溶液环境下的搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为机理。结果表明:腐蚀前后焊缝未发现明显的力学性能损失,焊缝耐腐蚀性能:WNZ>HAZ/TMAZ>BM。越靠近焊核中心,受热的作用越大,析出相回溶数量越多,提高了基体中Cu的含量,从而降低了氧化还原反应速率。宏观区域的电偶腐蚀造成母材形貌发生较大变化,游离态的Cu^(2+)得到铝基体腐蚀溶解产生的电子析出,加剧腐蚀,出现大面积剥落现象。热影响区与热机械影响区腐蚀情况介于两者之间。

一种矿山酸性废水利用的新方法:活化高碱石灰溶液中被抑制黄铜矿的浮选

硫化铜矿山容易产生富含硫酸、重金属离子的矿山酸性废水,从而对周边生态系统构成威胁。本文研究了矿山酸性废水对高碱石灰溶液中被抑制黄铜矿浮选的活化机制。试验结果表明;当矿山酸性废水与高碱石灰溶液体积比为3:1时,被抑制黄铜矿的浮选回收率提高近12%;矿山酸性废水能够有效解吸原先罩盖在黄铜矿表面的亲水性钙物种,并促使铜离子在矿物表面吸附;黄铜矿表面铜原子浓度增加了2.2%,Ca—O/OH物种的浓度降低了33.24%,S 2p能谱中单一硫化物(S_(2)-)和多硫化物(S_(2)^(2-))的面积占比分别增加了14.67%和23.96%。捕收剂吸附量和微区电化学交流阻抗检测结果显示,经过矿山酸性废水活化后,黄铜矿表面异戊基黄原酸钠的吸附量增加了1.99 mg/g,矿物表面微区电化学交流阻抗值由1.30×10^(5)Ω降低到1.13×10^(5)Ω,黄铜矿表面的疏水性得到明显改善。本论文为矿山酸性废水资源的综合利用和尾矿中硫化铜矿的回收提供了一种新的途径。

不锈钢钝化膜形成和破坏过程的原位ECSTM研究

利用电化学扫描隧道显微镜（ＥＣＳＴＭ），原位研究不同电位下不锈钢在 ０．５Ｍ Ｈ２ＳＯ４十 ０．０２Ｍ ＮａＣｌ溶液中表面形貌的动态行为，并讨论电位对不锈钢电化学阻抗谱（ＥＩＳ）的影响 结果表明：不锈钢在活化－钝化过渡区电位表面粗糙度最大；进入钝化区后，在钝化膜完整处，电位越高，表面粗糙度越小，钝化膜呈有序生长， 在钝化膜薄弱处．电位控制在０．２Ｖ时，钝化膜最为完整 在０．５Ｖ时，表面微点蚀坑开始萌生，电位为０．８Ｖ时，已有的微点蚀坑有所生长，不锈钢表面ＥＣＳＴＭ形貌与电化学阻抗谱测量呈对应关系：电位为 ０．２Ｖ时，表面钝化膜最为完整，阻抗最大；电位为 ０．５Ｖ时，在钝化膜薄弱处萌生点蚀坑，钝化膜阻抗有所下降；电位为０．８Ｖ时，钝化膜完整处得到明显的整平，阻抗相比０．５Ｖ时明显提高，但由于已萌生的微点蚀坑开始生长，阻抗相比 ０．２ Ｖ时仍有所降低。

海洋环境中电偶腐蚀研究进展

从影响因素和微区电化学技术2个方面详细论述了海洋环境中电偶腐蚀的研究现状,分析了电位差、面积比和温度等主要因素对电偶腐蚀规律的影响。简要介绍了开尔文探针、阵列电极、扫描微电极等微区电化学测量技术在电偶腐蚀研究中的应用,并对今后的电偶腐蚀研究方向进行了展望。

聚苯胺/磷酸锌/聚硅氧烷复合涂层自修复和耐蚀性能初探

目的初步探索由聚苯胺/磷酸锌有机-无机复合钝化填料和环氧-聚硅氧烷树脂制备的自修复涂层的修复和防腐性能。方法采用微区交流阻抗技术(LEIS)、扫描电子显微技术(SEM)和电化学阻抗技术(EIS),研究了聚苯胺/磷酸锌/聚硅氧烷复合涂层的防腐性能和在人工损伤部位的修复功能。结果由微区电化学阻抗和电化学阻抗测试可知,环氧-聚硅氧烷清漆具有自修复和优异的耐蚀性能;偶联剂处理的聚苯胺/磷酸锌有机-无机复合钝化填料(HCE),可显著提升环氧-聚硅氧烷涂层的自修复和耐蚀性能。当HCE的添加量为0.3%(以占环氧-聚硅氧烷涂料质量的百分比计)时,涂层的自修复和耐蚀性能最佳,缺陷部位修复后的阻抗值最大达到70 k?,是环氧-聚硅氧烷清漆的9倍。涂层阻抗值随浸泡时间的延长而增加,浸泡3750 h时,涂层阻抗值增至10^(11)?·cm^2。结论当涂层产生缺陷时,一方面聚苯胺/磷酸锌有机-无机复合填料发生氧化还原反应,生成新的氧化膜;另一方面,聚苯胺与环氧-聚硅氧烷树脂发生交联固化反应,在基体缺陷处成膜,提高了涂层的致密性;二者协同作用使HCE3涂层试样具有最佳的耐蚀性能和自修复功能。

未渗氮和渗氮38CrMoAl钢在盐雾环境中的初期腐蚀行为

目的研究未渗氮和渗氮38CrMoAl钢在模拟海洋大气环境中的初期腐蚀特征和电化学腐蚀行为。方法通过对未渗氮和渗氮38CrMoAl钢试件进行盐雾试验来模拟其在海洋大气环境中的初期腐蚀行为,并对不同腐蚀周期后的试件进行表面形貌、腐蚀速率、FT-IR、动电位极化、电化学阻抗和微区电化学分析及研究。结果在盐雾试验中未渗氮试件由点蚀逐渐发展为均匀腐蚀,渗氮件始终呈现局部腐蚀特征,且渗氮件的腐蚀速率小于未渗氮件的腐蚀速率。未渗氮和渗氮试件的腐蚀产物中均含有Fe_3O_4、α-FeOOH、γ-FeOOH和δ-FeOOH,渗氮件腐蚀产物层中γ-FeOOH的含量较低。未渗氮件的自腐蚀电流密度随腐蚀时间呈增大-减小-增大的趋势,容抗弧半径呈减小-增大-减小的趋势,腐蚀6 d时,未渗氮件的自腐蚀电流密度为147.83μA/cm~2,腐蚀反应电阻为2103.6?·cm~2,此时试件的腐蚀速率最低,致密的腐蚀产物层阻碍了腐蚀溶液和氧气向金属基体的扩散过程。渗氮件的自腐蚀电流密度呈增大-减小的趋势,容抗弧半径呈减小-增大的趋势,盐雾腐蚀12d后,渗氮件的自腐蚀电流密度为35.76μA/cm~2,腐蚀反应电阻为3021.5?·cm~2,渗氮件腐蚀产物层对腐蚀速率的抑制作用出现得更晚。未渗氮件在盐雾腐蚀初期,表面SKP电位差迅速增大,试件表面形成了明显的阴极区和阳极区,随后电位差保持平稳,试件表面腐蚀向均匀腐蚀发展。渗氮试件表面电位分散程度更大,局部腐蚀特征更加明显。结论未渗氮件腐蚀产物层的保护性能随厚度的增加而增加,但随着腐蚀时间的延长,腐蚀产物覆盖层不断增厚,由于内应力增加,腐蚀产物出现裂纹,使腐蚀产物层的保护性能下降。渗氮件在盐雾腐蚀初期起主要保护作用的是表面渗氮层,随着腐蚀的进行,渗氮层被逐渐侵蚀甚至出现裂纹,腐蚀产物层逐渐起主导作用。