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。

利用微区扫描电化学方法研究316L焊缝腐蚀及防护

316L不锈钢焊缝位置易发生腐蚀,利用M370扫描电化学工作站,测试了焊缝/热影响区/本体的电位分布,分析了焊缝位置的腐蚀原因。采用在ER316L焊材表面覆盖一层耐蚀性较316L优良的不锈钢作为盖面材料的方法对焊缝进行防护,利用M370扫描电化学工作站对焊缝试样的不同部位(焊缝/热影响区/本体)电位差进行了测试,测试结果表明:热影响区电位最低,为腐蚀易发生位置;几种盖面层中,ER385盖面层耐蚀性最好;选择盖面层,还需考虑电金属之间的电位差,避免盖面层与316L的基体发生电偶腐蚀。

金属腐蚀微区电化学研究进展(1) 扫描电化学显微镜技术

近年来,随着微区电化学理论与测试技术的发展,微区电化学技术在腐蚀领域已作为一种重要的测试方法被广泛应用,本文概括了扫描电化学显微镜基本原理,重点对该微区电化学技术在金属腐蚀研究中的应用进行了阐述。

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.

激光扫描电化学现场微区光电流图谱技术

讨论了所建立的激光扫描微区光电流图谱测试系统的若干问题及其应用研究实例．实验结果表明：该测试技术是现场研究半导体及具有半导体性质的金属氧化物微区光电化学性质的有力工具，它可以在微米水平上提供许多有关半导体／电解质溶液界面的结构和电子性质方面的重要信息．

微机控制激光扫描电化学微区光电流谱测试系统的研制

简要报道了激光扫描电化学微区光电流谱测试系统的研制。系统能在微米水平上提供有关半导体 /电解质溶液界面结构和电子学性质方面的信息。着重介绍了系统微机检测与控制部分硬件的设计。

微区时空分辨扫描电化学探针显微镜研制成功

由中科院长春应化所完成的中科院科研装备研制项目“新型微区时空分辨扫描电化学探针显微镜系统”近日在长春通过了专家验收。专家认为，该仪器有望成为目前微尺度界面电化学研究领域我国唯一有竞争力的综合型先进科研设备。

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。

微区电化学方法在金属腐蚀研究中的应用进展

本文综述了扫描Kelvin探针技术和丝束电极技术的测试原理、特点及应用现状,重点探讨了这两种微区电化学测试技术在腐蚀研究中的应用现状和发展趋势。扫描Kelvin探针(SKP)具有高技术精度和解析度,为微区扫描测量技术在腐蚀领域的研究提供了新的途径,得到了越来越广泛的应用。丝束电极技术可以准确表征电极表面的电化学不均匀性。

热浸镀锌层界面的微区电化学腐蚀行为

目的探究钢铁热浸镀锌的镀层/钢基体界面的微区电化学特性及腐蚀行为。方法采用扫描电化学显微镜(SECM)分析技术,研究镀层/钢基体界面在0.1 mol/L NaCl溶液腐蚀过程中微区电流的演变过程,结合扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、3D显微镜以及X射线衍射技术(XRD)等分析腐蚀产物的物相组成与分布规律。结果在腐蚀过程中,镀锌钢的腐蚀产物主要分布在热浸镀锌层界面处靠近钢基体的一侧,在镀锌层表面的分布较少,腐蚀产物主要由Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)、Zn_(5)(OH)_(6)(CO_(3))_(2)与ZnO等物相组成。在腐蚀开始阶段,钢基体区域的SECM还原电流(I=1.2)大于镀锌层(I=1.1)。随着腐蚀时间的延长,镀层/钢基体界面处的SECM还原电流整体降低,同时在界面靠近钢基体一侧存在电流凹陷区(I=1.0),表明腐蚀产物主要沉积在此处,并对镀层的腐蚀起到保护作用。此外,在腐蚀过程中氧气的消耗主要发生在钢基体区域,随着腐蚀时间的增加,镀层和钢基体表面的溶解氧含量都逐渐降低。结论在浸泡腐蚀过程中,镀锌层作为阳极,溶解生成Zn^(2+),并向钢基体区域扩散,同时钢基体表面消耗氧气,还原形成OH–向镀锌层区域扩散。Zn^(2+)与OH^(–)以及溶液中其他离子结合,生成腐蚀产物,在靠近镀层/钢基体界面处的钢基体一侧沉淀,对钢基体起到一定的保护作用。

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。

Cl^-作用下AerMet100钢在盐雾环境中的微区电化学行为

目的对Cl^-作用下AerMet100钢在盐雾环境中的腐蚀和微区电化学行为进行研究。方法通过开展盐雾腐蚀试验,对AerMet100钢的腐蚀形貌和腐蚀产物进行研究分析。盐雾试验不同时间后,通过SKP测试,得到试样的表面电位分布,通过Gauss拟合,对试样表面扫描开尔文电位的分布和变化情况进行分析。结果AerMet100钢在盐雾腐蚀试验过程中的腐蚀行为从点蚀开始,逐渐发展为均匀腐蚀。腐蚀产物分为内外两层,外层疏松,内层致密。由于腐蚀反应过程中生成大量铁的氧化物及羟基氧化物,因此,内外层腐蚀产物中含有大量的Fe、O元素;内外锈层中均含有少量的Cl元素,表明Cl^-参与了腐蚀反应过程;内外锈层中Cr、Co、Ni等合金元素的存在,使得锈层具有离子选择性、致密性,加速了锈层的产生。未腐蚀的试样表面电位分布比较均匀,集中程度较高,即电位差较小,总体电位差为152mV,有少量表面活性点随机分布,此时试样表面阴极和阳极分布不规则。盐雾试验3天后,试样表面电位正移,分布趋于分散,电位差增大,总体电位差为270mV,产生较为明显的阴极区和阳极区,由于吸附在试样表面活性点附近的Cl^-破坏了表面的氧化膜,腐蚀情况逐渐发生。盐雾试验6天后,试样表面电位进一步升高,分布更为分散,电位差略有减小,总体电位差为180mV,由于腐蚀产物层的不断扩展,试样表面已经分为明显的较大面积的阴极区和阳极区。结论Cl^-的侵蚀作用破坏了基体表面的氧化膜,使得AerMet100钢的腐蚀在夹杂物处发生。腐蚀产物能够阻碍Cl^-的渗透,对基体具有保护作用。

基于SECM探究含镓铝合金微区腐蚀行为

为探究杂质镓(Ga)对铝合金微区腐蚀行为的影响,采用宏观电化学测试技术及扫描电化学显微镜(SECM)研究含镓铝合金在Na Cl溶液中的腐蚀行为。研究结果显示,随着Ga含量的升高,铝合金阻抗值由4.80×10^(3)Ω·cm^(2)降至4.07×10^(2)Ω·cm^(2),腐蚀电位由-0.72 V降至-1.00 V,腐蚀电流密度由1.55μA/cm^(2)增大到47.90μA/cm^(2);从铝合金中溶解出的Ga^(3+)可以再沉积到铝合金表面,破坏其表面氧化膜;铝合金在浸泡0.5 h后即发生明显腐蚀,且腐蚀区域随时间增加不断扩展。研究表明,Ga可增加铝的电化学活性,破坏其表面氧化膜,从而加快腐蚀。

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。

AerMet100钢在盐雾中的腐蚀与电化学特性

目的对AerMet100钢在盐雾中的腐蚀和电化学特性进行研究,分析其腐蚀机理。方法通过盐雾试验,观察分析AerMet100钢的腐蚀行为和腐蚀形貌,分析腐蚀产物成分。测试盐雾试验不同时间后的极化曲线和电化学阻抗谱,并建立等效电路模型,采用Cview和Zsimp Win软件进行等效电路和极化曲线拟合,计算自腐蚀电位、自腐蚀电流和等效元件数值,定量分析其变化规律,之后通过K-K转换验证等效电路拟合的正确性。利用扫描开尔文探针(SKP)测试盐雾试验不同时间后带锈试样的表面电位,并进行Gaussian拟合,分析其电位分布和变化规律。最后,结合试验结果,对AerMet100钢在盐雾中的腐蚀机理进行分析。结果AerMet100钢在盐雾试验中的腐蚀形态由点蚀逐步发展为均匀腐蚀,其腐蚀产物分为两层:外锈层主要成分是β-FeOOH,内锈层主要成分是Fe_3O_4和γ-Fe_2O_3,内锈层较外锈层更为致密。盐雾试验9 d后,自腐蚀电位为–593.178 mV,自腐蚀电流为3.919μA,腐蚀产物层电阻为4.152?·cm^2,腐蚀反应电阻为2748?·cm^2,此时试样的腐蚀倾向性最低,腐蚀产物的积聚降低了腐蚀反应速率。未腐蚀试样表面平均电位为–842.387 mV,盐雾试验6 d后为–701.686 mV,12 d后为–575.502 mV。随着盐雾试验时间的延长,试样表面平均电位升高,电位分布分散,电位差增大,分为明显的阴极区和阳极区。结论AerMet100钢表面腐蚀产物层可有效阻止腐蚀溶液向基体的渗透和扩散,延缓腐蚀进程,对基体起到较好的保护作用。

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。

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。

高强铝合金裂纹尖端在3.5%NaCl溶液中的微区电化学特性

采用毛细管微电极测试方法、扫描Kelvin探针技术和数值分析方法,对2024 T351高强铝合金裂纹尖端在3.5%NaCl溶液中的微区电化学特性和腐蚀行为进行了研究.结果表明,裂纹尖端的腐蚀电位较远离裂纹尖端的基体位置更负,裂纹尖端处的电化学活性明显增加.在外加应力的作用下,裂纹尖端处表面氧化膜的厚度减薄,其稳定性和保护性变弱.裂纹尖端处优先发生阳极溶解,浸泡24 h后在裂纹尖端处出现腐蚀产物的堆积.由于腐蚀电位和电化学活性的差异,在裂纹尖端(阳极)和远离裂纹尖端的基体(阴极)之间可形成电偶对,进一步促进裂纹尖端局部区域内腐蚀过程的进行.

Q235钢/NaCl液滴界面微区电化学特征参数分布特征

本文采用扫描Kelvin探针、扫描振动电极等方法表征了NaCl液滴覆盖下Q235钢表面的微区电化学参数分布的特征.结果证实,NaCl液滴下碳钢表面的电位分布和电流密度分布是不均匀的,中心为阳极区,边缘为阴极区.液滴中心和边缘阴阳极电位相差0.4 V,阴阳极电流密度相差0.9μA/cm2.NaCl液滴下碳钢表面电化学参数的不均匀分布导致液滴边缘发生强烈的阴极极化,导致附近区域碱性化是微液滴形成的主要原因.