Uçuş süresi Ikincil Iyon kütle spektrometresi kullanılarak metal-Paint arayüzünde görüntüleme korozyon
Summary
Hava maruz kalan bir numune ile karşılaştırıldığında bir tuz çözeltisine maruz kaldıktan sonra alüminyum alaşımın Metal boya arayüzünde kimyasal haritalama ve korozyon morfolojisi göstermek için uçuş süresi ikincil iyon kütle spektrometresi uygulanır.
Abstract
Alüminyum alaşımın boya ve alüminyum (Al) Metal boya arayüzünde geliştirilen korozyon, zaman-of-Flight ikincil iyon kütle spektrometresi (ToF-SIMS) kullanılarak analiz edilir, bu SıMS bir kimyasal dağıtım çalışması için uygun bir teknik olduğunu gösteren Metal boya arayüzü. Boyalı al alaşım Kuponlar bir tuz çözeltisi batırılmış veya sadece havaya maruz. SıMS, kimyasal haritalama ve arayüz 2D moleküler görüntüleme sağlar, korozyon ürünleri Metal boya arayüzü ve kimyasal haritalama oluşan morfoloji doğrudan görselleştirme sağlayan korozyona sonra oluşur. Bu yöntemin deneysel prosedürü, bu tür deneyler sırasında karşılaşılabilecek benzer araştırma ve vurgulamak tuzaklar kolaylaştırmak için teknik detaylar sağlamak için sunulmaktadır.
Introduction
El alaşımları, deniz teknolojisi veya askeri otomotiv gibi mühendislik yapılarında geniş uygulamalara sahip olup, yüksek mukavemet-ağırlık oranına, mükemmel Formability ve korozyona karşı direncine göre biçimlendirilebilir. Ancak, al alaşımlarının lokalize korozyon hala çeşitli çevresel koşullarda uzun vadeli güvenilirlik, dayanıklılık ve bütünlük etkileyen ortak bir fenomen1. Boya kaplama korozyon önlemek için en yaygın araç olduğunu. Metal ve boya kaplama arasındaki arayüzde geliştirilen korozyona ilişkin Illustration, korozyon önleme için uygun çare belirlenmesi konusunda Öngörüler sunabilir.
El alaşımlarının korozyon birkaç farklı yollar aracılığıyla yer alabilir. X-ışını Fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve Tarama elektron mikroskobu/enerji-Dispersif X-ışını spektroskopisi (SEM/EDX) korozyon araştırılmasında yaygın olarak uygulanan iki yüzey mikroanaliz tekniklerdir. XPS, Elemental haritalama sağlayabilir, ancak yüzey kimyasal bilgilerinin2,3‘ ün holist moleküler görünümünü sağlamaz, SEM/EDX morfolojik bilgi ve Elemental haritalama sağlar ancak nispeten düşük hassasiyetle.
ToF-SIMS yüksek kütle doğruluğu ve lateral çözünürlüğü ile kimyasal haritalama için başka bir yüzey aracıdır. Bu algılama düşük bir sınırı vardır (LOD) ve Metal boya arayüzünde oluşan korozyon türlerinin dağılımı açığa yeteneğine sahiptir. Genellikle, SIMS kitle çözünürlüğü 5000-15000 ulaşabilir, isobarik iyonlarının ayırt etmek için yeterli4. Mikronaltı uzamsal çözünürlüğü ile TOF-SIMS kimyasal olarak görüntü ve Metal boya arayüzünü karakterize edebilir. Sadece morfolojik bilgi değil, aynı zamanda yüzeyin üst birkaç nanometrelerde moleküler korozyon türlerinin lateral dağılımı sağlar. ToF-SIMS, XPS ve SEM/EDX ‘e tamamlayıcı bilgiler sunar.
Yüzey karakterizasyonu ve korozyon arayüzünün görüntülenmesi ToF-SIMS yeteneğini göstermek için, iki boyalı al alaşım (7075) kuponlar, bir hava sadece ve bir tuz çözeltisi maruz, analiz edilir (Şekil 1 ve Şekil 2). Tuz durumuna maruz Metal boya arayüzünde korozyon davranışını anlamak, örneğin bir deniz ortamında al alaşımının performansını anlamak için önemlidir. Al ‘ın oluşumu (OH)3 ‘ ün deniz suyu5‘ e maruz kalması sırasında oluştuğu bilinmektedir, ancak el korozyonunun çalışması hala korozyon ve kaplama arayüzünün kapsamlı moleküler tanımlamasına sahip değildir. Bu çalışmada, al oksitler (örn. Al3o5–) ve OxyHydroxide türleri (örn. Al3o6H2–) dahil olmak üzere al (Oh)3‘ ün parçaları gözlemlenir ve tanımlanır. Negatif iyonlarının Al3o5– ve Al3o6H 2 ‘ nin SIMS Mass Spectra (Şekil 3) ve moleküler görüntüler (Şekil 4) karşılaştırmalar– moleküler sağlar tuz solüsyonunun Metal boya arayüzünde oluşan korozyon ürünlerinin kanıtı-işlenmiş al alaşım kupon. SIMS, el alaşımlarında yüzey tedavilerinin etkinliğine ışık tutmaya yardımcı olabilecek Metal boya arayüzünde meydana gelen komplike kimyası aydınlatmak imkanı sunar. Bu ayrıntılı protokolde, ToF-SIMS ‘ i kullanarak korozyon araştırmalarında yeni uygulayıcıların yardımcı olması için Metal boya arayüzünü incelmeye yarayan bu etkili yaklaşımı gösteriyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
ToF-SIMS iki scintillators arasındaki uçuş zamanlarına göre iyonlarını ayırt eder. Topografya veya numune pürüzlülüğü, farklı başlangıç pozisyonlarında bulunan iyonların Uçuş süresini etkiler, bu da genellikle yüksek genişlikleri olan düşük bir kütle çözünürlüğüne yol açar. Bu nedenle, iyi sinyal toplama8sağlamak için çok düz, Rois analiz ediliyor önemlidir.
Önlemek için başka bir tuzaklık şarj olduğunu. Al-Paint arayüzü…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı (PNNL) tarafından desteklenen QuickStarter programı tarafından finanse edilmiştir. PNNL, Battelle tarafından ABD DOE için işletilmektedir. Bu çalışma, PNNL ‘deki biyolojik bilimler tesisinde (BSF) bulunan ıONTOF ToF-SIMS V kullanılarak yapılmıştır. JY ve X-Y Yu, PNNL ‘de atmosferik Bilimler & küresel değişim (ASGC) bölümü ve fiziksel ve Hesaplamalı Bilimler Müdürlüğü (PCSD) desteğini de kabul etti
Materials
| 0.05 µm Colloidal Silica polishing Solution | LECO | 812-121-300 | Final polishing solution |
| 1 µm polishing solution | Pace Technologies | PC-1001-GLB | Water based polishing solution |
| 15 µm polishing solution | Pace Technologies | PC-1015-GLBR | Water based polishing solution |
| 3 µm polishing solution | Pace Technologies | PC-1003-GLG | Water based polishing solution |
| 6 µm polishing solution | Pace Technologies | PC-1006-GLY | Water based polishing solution |
| Balance | Mettler Toledo | 11106015 | It is used for measuring the chemicals. |
| Epothin 2 epoxy hardener | Buehler | 20-3442-064 | Used for casting sample mounts |
| Epothin 2 epoxy resin | Buehler | 20-3440-128 | Used for casting sample mounts |
| Fast protein liquid chromatography (FPLC) conductivity sensor | Amersham | AKTA FPLC | Used to measure the conductivity of the salt solution. |
| Final B pad | Allied | 90-150-235 | Used for 1 µm and 0.05 µm polishing steps |
| KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | Used to make the salt solution. |
| Low speed saw | Buehler Isomet | 11-1280-160 | Used to cut the Al coupons that are fixed in the epoxy resin. |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | 63042 | Used to make the salt solution. |
| MgSO4 | Sigma-Aldrich | M7506 | It is used to make the salt solution. |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | It is used to make the salt solution. |
| NaOH | Sigma-Aldrich | 306576 | It is used for adjusting pH of the salt solution. |
| Paint | Rust-Oleum | 245217 | Universal General Purpose Gloss Black Hammered Spray Paint. It is used to spray on the Al coupons. |
| Pan-W polishing pad | LECO | 809-505 | Used for 15, 6, and 3 µm polishing steps |
| pH meter | Fisher Scientific | 13-636-AP72 | It is used for measuring the pH of the salt solution. |
| Pipette | Thermo Fisher | Scientific | Range: 10 to 1,000 µL |
| Pipette tip 1 | Neptune | 2112.96.BS | 1,000 µL |
| Pipette tip 2 | Rainin | 17001865 | 20 µL |
| Silicon carbide paper | LECO | 810-251-PRM | Grinding paper, 240 grit |
| Sputter coater | Cressington | 108 sputter coater | It is used for coating the sample. |
| Tegramin-30 Semi-automatic polisher | Struers | 6036127 | Coarse/fine polishing/grinding |
| ToF-SIMS | IONTOF GmbH, Münster, Germany | ToF-SIMS V, equipped with Bi liquid metal ion gun and flood gun | It is used to acquire mass spectra and images of a specimen. |
| Vibromet 2 vibratory polisher | Buehler | 67-1635-160 | Final polishing step |
Riferimenti
- Szklarska-Smialowska, Z. Pitting corrosion of aluminum. Corrosion Science. 41, 1743-1767 (1999).
- Liu, M., et al. A first quantitative XPS study of the surface films formed, by exposure to water on Mg and on the Mg-Al intermetallics: Al3Mg2 and Mg17Al12. Corrosion Science. 51 (5), 1115-1127 (2009).
- Linford, M. R. An introduction to time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). Vacuum Technology & Coating. , (2014).
- Cushman, C., et al. A pictorial view of LEIS and ToF-SIMS instrumentation. Vacuum Technology & Coating. , 27-35 (2016).
- Soler, L., et al. Hydrogen generation by aluminum corrosion in seawater promoted by suspensions of aluminum hydroxide. International Journal of Hydrogen Energy. 34 (20), 8511-8518 (2009).
- Ahmad, Z., Abdul Aleem, B. J. Degradation of aluminum metal matrix composites in salt water and its control. Materials & Design. 23 (2), 173-180 (2002).
- Verdier, S., Metson, J. B., Dunlop, H. M. Static SIMS studies of the oxides and hydroxides of aluminium. Journal of Mass Spectrometry. 42 (1), 11-19 (2007).
- Esmaily, M., et al. A ToF-SIMS investigation of the corrosion behavior of Mg alloy AM50 in atmospheric environments. Applied Surface Science. 360, 98-106 (2016).
- Hunt, C. P., Stoddart, C. T. H., Seah, M. P. The surface analysis of insulators by SIMS: Charge neutralization and stabilization of the surface potential. Surface and Interface Analysis. 3 (4), 157-160 (1981).
- Stingeder, G. Quantitative distribution analysis of B, As and Sb in the layer system SiO2/Si with SIMS: elimination of matrix and charging effects. Fresenius’ Zeitschrift für analytische Chemie. 327 (2), 225-232 (1987).
- Cushman, C., et al. Sample Charging in ToF-SIMS: How it Affects the Data that are Collected and How to Reduce it. Vacuum Technology & Coating. , (2018).
- Dubey, M., Brison, J., Grainger, D. W., Castner, D. G. Comparison of Bi(1), Bi(3) and C(60) primary ion sources for ToF-SIMS imaging of patterned protein samples. Surface and Interface Analysis: SIA. 43 (1-2), 261-264 (2011).
- Kozole, J., Winograd, N., Smentkowski, V. S. Cluster Secondary Ion Mass Spectrometry. Surface Analysis and Techniques in Biology. , 71-98 (2014).
- Tyler, B. J., Rayal, G., Castner, D. G. Multivariate analysis strategies for processing ToF-SIMS images of biomaterials. Biomaterials. 28 (15), 2412-2423 (2007).
- Song, W., et al. Corrosion behaviour of extruded AM30 magnesium alloy under salt-spray and immersion environments. Corrosion Science. 78, 353-368 (2014).
- Esmaily, M., et al. On the capability of in-situ exposure in an environmental scanning electron microscope for investigating the atmospheric corrosion of magnesium. Ultramicroscopy. 153, 45-54 (2015).
- Liao, J., Hotta, M., Motoda, S. -. i., Shinohara, T. Atmospheric corrosion of two field-exposed AZ31B magnesium alloys with different grain size. Corrosion Science. 71, 53-61 (2013).
- deVries, J. E. Surface characterization methods- XPS,TOF-SIMS, and SAM a complimentary ensemble of tools. Journal of Materials Engineering and Performance. 7 (3), 303-311 (1998).
- Zhang, H., Cooper, S. L., Guan, J. Surface characterization techniques for polyurethane biomaterials. Advances in Polyurethane Biomaterials. , 23-73 (2016).
