CN103196720A - 用于透射电镜原位观察锈层的样品制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于透射电镜原位观察锈层的样品制备方法，包括以下步骤：1）用冷镶嵌方法将取得的带锈层试样进行整体封装；2）根据透射电镜观察的样品尺寸切取试样；3）初步减薄试样；4）制成透射电镜可观察的试样薄区；5）将制备完的试样粘到Φ3mm的圆形铜网，即可得到用于透射电镜原位观察锈层的样品。本发明制样完整的保留了锈层的原始形貌，非常适用于锈层试样的透射电镜样品制备。所制备的样品更具有代表性，能真实反应所分析材料的全部特征，对于研究钢铁材料的耐腐蚀性能有着重要的意义。

Description

用于透射电镜原位观察锈层的样品制备方法

技术领域

本发明涉及透射电镜观察分析样品的制备方法，具体地指一种用于透射电镜原位观察锈层的样品制备方法。

背景技术

钢铁的腐蚀是一个普遍而严重的问题，给国民经济带来了巨大损失。因此钢铁的耐腐蚀性能研究一直是材料研究者关注的重点。对钢铁材料的耐腐蚀性能进行研究，重点主要集中于：通过钢铁材料的腐蚀产物-锈层的分析和研究，以了解钢铁材料的腐蚀机理。

研究钢铁的腐蚀产物-锈层的手段有扫描电镜、透射电镜、电子探针、X射线衍射等物理表征技术，这些技术能揭示锈层的相组成、形貌、结构等信息，通过这些信息分析钢铁的耐腐蚀机理，从而对开发新型的耐候钢产生重要的意义。

运用透射电镜能观察锈层中各个相的微观形貌，而且还能分析相结构。因此，采用透射电镜观察锈层是研究锈层的重要分析方法之一。所查文献中有关钢铁表面有覆盖层的透射电镜样品制备方法如下：一种带有硅钢片涂层的电镜薄膜样品的制备方法（申请号：CN200910062755.3），该方法适合于覆盖层与钢基结合致密的试样制备，而锈层与钢基结合相对不紧密，因此不适合用此方法来制样。

目前，透射电镜观察锈层试样的制备方法主要有以下几种：（1）分散粉末法；（2）胶粉混合法；（3）改进的胶粉混合法等。上述几种制样方式是使用锈层粉末进行锈层的透射电镜观察，对锈层研究存在一定局限性，主要如下：

（1）一般钢铁材料的整个锈层从与钢基的结合处到锈层表面分为几个部分，通常分为外锈层和内锈层两部分，不同的部分在腐蚀过程起的耐腐蚀作用均不同，因此最佳的观察和分析方法是从锈层与钢基的结合处到锈层表面逐层分析锈层的相结构、形貌等信息。由于常规方法将锈层从试样上取出，制成粉末再进行观察，因此无法原位观察锈层，从而不能真实反应所分析材料中锈层的具体分布情况；

（2）由于锈层中各个相比较复杂，一般锈层中主要存在以下组分：α-FeOOH(针铁矿)、β-FeOOH(单斜四方纤铁矿)、γ-FeOOH(纤铁矿)、Fe₃O₄(磁铁矿)、Fe₂O₃(赤铁矿)等。因此，现有的制样方法容易使透射电镜观察中遗漏某些相，且无法分析和计算各个相的含量。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种用于透射电镜原位观察锈层的样品制备方法。

为实现上述目的，本发明用于透射电镜原位观察锈层的样品制备方法，该方法主要包括以下步骤：

1）用冷镶嵌方法将取得的带锈层试样进行整体封装：将环氧树脂和固化剂按体积比4~6：1混合，在室温下将混合液覆盖在锈层试样的表层，将锈层试样放入真空室内抽真空处理，放置1~3小时后，待环氧树脂固化后即可；

2）根据透射电镜观察的样品尺寸切取试样：先将镶嵌完的试样切成小尺寸试样，再将小尺寸试样以小于1mm/min的速度切割，切割成可用于透射电镜观察的尺寸；

3）初步减薄试样：以锈层位置为中心，在试样厚度两侧的锈层附近挖出两个凹坑，所述两个凹坑之间留有锈层，凹坑大小需覆盖整个锈层厚度并包括锈层与钢基结合处；

4）制成透射电镜可观察的试样薄区：将初步减薄试样放入离子切片仪，设定设备参数，加速电压设置为4~6kV，离子束与竖直面的倾斜角为5~10^o，用离子束在两个凹坑处进行轰击，直到出现透射电镜可以观察的薄区；

5）将制备完的试样粘到Φ3mm的圆形铜网，即可得到用于透射电镜原位观察锈层的样品。

本发明中所用的环氧树脂为普通双酚A环氧树脂，所用固化剂选用能常温下快速固化环氧树脂的胺类固化剂。

本发明用于透射电镜观察的锈层试样的制备，相比现有方法，有以下优点：

1、试样制备方法是非破坏性的，完整保留了锈层的状态，包括锈层与钢基的结合程度、整个锈层的形貌和微观结构等；

2、便于透射电镜的原位观察，相比其他物理表征手段，透射电镜即可观察形貌又能分析相结构，通过本制样方法，运用透射电镜能清晰地逐层分析锈层的形貌和微观结构，以便了解锈层的腐蚀过程；

3、采用冷镶嵌方法制样，尽量避免了制样过程而造成的锈层观察和分析的误差，包括减少由于热镶嵌造成的高温和挤压、研磨带入的应力变形等。

综上所述，本发明制样完整的保留了锈层的原始形貌，非常适用于锈层试样的透射电镜样品制备。所制备的样品更具有代表性，能真实反应所分析材料的全部特征，对于研究钢铁材料的耐腐蚀性能有着重要的意义。

附图说明

图1为镶嵌试样切割后的主视结构示意图。

图2为试样初步减薄的侧视结构示意图。

图3为离子束轰击试样的侧视示意图。

图4为试样制备完成后的主视结构示意图。

图5为用透射电镜观察的锈层。

图6为用透射电镜观察的锈层中α-FeOOH的形貌。

图7为用透射电镜观察的锈层中α-FeOOH的衍射花样。

图8为用透射电镜观察的锈层中γ-FeOOH的形貌。

图9为用透射电镜观察的锈层中γ-FeOOH的衍射花样。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例

本发明用于透射电镜原位观察锈层的样品制备方法，该方法主要包括以下步骤：

1）用冷镶嵌方法将取得的带锈层试样进行整体封装：将环氧树脂和固化剂按体积比5：1混合，在室温下将混合液覆盖在锈层试样的表层，将锈层试样放入真空室内抽真空处理，放置3小时后，待环氧树脂固化后即可，这样在锈层试样的锈层2表面覆盖一层镶嵌料层3，而且通过抽真空处理可将镶嵌料中的气体抽出；

2）根据透射电镜观察的样品尺寸切取试样：先用常规切割机将镶嵌完的试样切成小尺寸试样，再用精密切割机将小尺寸试样以小于1mm/min的速度切割，切割成2.8×1.2×0.06mm的尺寸，示意图见图1；

3）初步减薄试样：以锈层位置为中心，用挖坑机低速在试样厚度两侧的锈层附近挖出两个凹坑4，所述两个凹坑4之间留有锈层，凹坑4大小需覆盖整个锈层厚度并包括锈层与钢基结合处，示意图见图2；

4）制成透射电镜可观察的试样薄区：将初步减薄试样放入离子切片仪，设定设备参数，加速电压设置为5kV，用离子束从试样的顶部向凹坑4方向轰击，离子束与竖直面的倾斜角为5^o，从显示器观察减薄效果，离子束在两个凹坑4处进行轰击直到出现透射电镜可以观察的薄区5，示意图见图3和4；

5）将制备完的试样粘到Φ3mm的圆形铜网，即可放入JEM-2100F透射电镜进行观察。用透射电镜拍摄的整个厚度锈层低倍形貌如图5所示，图5中位置1~15，可逐层分析锈层的形貌和相结构。不同锈层的相结构如图6~9所示，图6、7为用透射电镜观察的锈层中α-FeOOH的形貌和衍射花样，图8、9为用透射电镜观察的锈层中γ-FeOOH的形貌和衍射花样。

Claims (1)

1.一种用于透射电镜原位观察锈层的样品制备方法，其特征在于，该方法主要包括以下步骤：

1）用冷镶嵌方法将取得的带锈层试样进行整体封装：将环氧树脂和固化剂按体积比4~6：1混合，在室温下将混合液覆盖在锈层试样的表层，将锈层试样放入真空室内抽真空处理，放置1~3小时后，待环氧树脂固化后即可；

2）根据透射电镜观察的样品尺寸切取试样：先将镶嵌完的试样切成小尺寸试样，再将小尺寸试样以小于1mm/min的速度切割，切割成可用于透射电镜观察的尺寸；

3）初步减薄试样：以锈层位置为中心，在试样厚度两侧的锈层附近挖出两个凹坑（4），所述两个凹坑（4）之间留有锈层，凹坑（4）大小需覆盖整个锈层厚度并包括锈层与钢基结合处；

4）制成透射电镜可观察的试样薄区：将初步减薄试样放入离子切片仪，设定设备参数，加速电压设置为4~6kV，离子束与竖直面的倾斜角为5~10^o，用离子束在两个凹坑（4）处进行轰击，直到出现透射电镜可以观察的薄区（5）；

5）将制备完的试样粘到Φ3mm的圆形铜网，即可得到用于透射电镜原位观察锈层的样品。

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