如圖1所示,樣品A左邊有一個平的區域,通過磨、銼或者黏附一個定位標記。這個區域用來定位OSP和SECM技術。樣品上感興趣的區域遮掩起來,或者用一層丙烯酸涂料封上(樣品B)。一旦覆蓋層去除,暴露出來的區域將發生腐蝕。最后用尖刀在樣品左側平坦區域的丙烯酸涂料上劃一個十字(樣品C)。這個細凹痕將成為SECM探針和OSP傳感器都能檢測到的形貌位置。
3.結果
1.1OSP測量
連接到M470(或M370)的OSP傳感器頭,可以檢測漫散射激光,從而測定十字特征位置的形貌。在X和Y軸分別重復進行OSP線掃描,每次掃描后通過螺釘調整樣品水平。經過多次掃描,樣品十字區域調至水平,足夠進行SECM實驗。調平后樣品的OSP線掃描結果如圖3所示。OSP面掃描區域為0.25mm2,步長10?m,結果如圖4所示。
十字中心找到后,OSP探針移動到中心位置,基準設為0。移動探針離開基準位置到樣品上任何感興趣的區域,探針的移動距離被記錄下來。本實驗中為(0,4200)?m。再進行一次OSP面掃描,這次的形貌用來解除后續SECM實驗中形貌的影響。圖5為焊縫周圍的形貌。
1.1SECM定位
OSP掃描完成后,把SECM探針定位到十字中心,移動到極為接近表面。電解池中加入3.5% NaCl溶液,連接Pt輔助電極,Ag/AgCl參比電極(分別是CE和RE)。
由于探針非常接近表面,探針尖端一定發生反應。本實驗中,選擇相對Ag/AgCl參比電極-0.7V,這個電位降低了溶液中的自氧化。用這個方法,我們可以獲得十字區域的圖像。當探針極為接近丙烯酸時,發生負反饋,電流下降。當探針掃過十字區域,一點兒溶液與探針發生更多的氧化,電流升高。
選擇美國的電流慣例,氧化電流為負,還原電流為正。
與之前OSP頭的操作一樣,SECM探針移到十字中心位置,基準設為0。然后把探針移動到(x, y) = (4200, 0)位置,再進行一次逼近曲線,為后續的面掃描做準備。后續的面掃描需要高度追蹤數據來解除焊縫形貌的影響。圖6為SECM面掃描的結果。
3.3解除形貌影響的SECM測量
做了兩個不同的實驗。
首先,樣品施加一個電位,比測量的開路電位稍微偏正約100mV(圖7)。確保系統在實驗過程中沒有鈍化,有助于暴露那些容易發生腐蝕的區域。
其次,移除樣品偏置,樣品發生自然腐蝕(圖8)。
兩個實驗中,探針電位為+0.6V vs Ag/AgCl, 所以圖7和圖8為Fe(II)氧化為Fe(III)。實驗時間為3.5h。
圖7和圖8都可以看到焊縫區域有較高的負電流,表明焊縫區域的樣品表面比其他區域更導電。
結論
在腐蝕樣品表面演示了不受形貌影響的SECM測試新方法。M470(或M370)的這個特征允許用戶測試那些用標準恒高SECM技術無法測量的樣品。
OSP與SECM技術結合,測量了毫米形貌變化的腐蝕焊接樣品,并保持探針和樣品極為接近。測試了加電位和不加電位的樣品,表明定義區域焊縫更容易發生腐蝕。Fe(II)的氧化引起的電流在+5pA到-114pA之間變化。