CN104913957A - Tem原位观察材料基体/钝化膜界面结构的样品制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种TEM原位观察材料基体/钝化膜界面结构的样品制备方法，其包括：第一步，金相制样；第二步，离子溅射减薄；第三步，腐蚀金属试样，获得样品。本发明提供的TEM原位观察材料基体/钝化膜界面的样品制备方法，既避免了传统TEM制样方法对界面附近钝化膜的破坏作用，又解决了采用聚焦离子束制样操作复杂，成功率低的问题。

Description

TEM原位观察材料基体/钝化膜界面结构的样品制备方法
技术领域
本发明涉及透射电镜微观检测技术领域，尤其涉及一种TEM原位观察材料基体/钝化膜界面结构的样品制备方法。
背景技术
透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，TEM)是电子显微学的一种重要工具，可以同时分析微区的组织形态、晶体结构、组成元素、化学键状态以及电子分布结构等。广泛用于观察材料本体的微观世界，如界面、应变态、应变弛豫、位错、各种材料微观缺陷等。也可以用于观察腐蚀产物，如锈层物质的微观形貌和相结构。
随着研究的深入，对金属材料的耐腐蚀性能进行研究时，需要了解材料基体/锈层界面形貌、结构、相组成。但是，TEM原位观察材料基体/钝化膜界面的样品制备十分困难，成功率低，甚至不可行。
常规材料的TEM样品制备方法有以下步骤：将金属试样机械打磨到＜0.1mm厚，通过离子溅射进一步减薄试样到＜0.2um。采用这种方法制备材料基体/钝化膜界面的TEM样品基本不可行。由于生长在金属基体表面的钝化膜通常比较脆弱，机械打磨时的振动、冷却液等不可避免会破坏钝化膜的结构，与钝化膜中的成分发生反应等，导致制备的样品不能够代表真实情况。
还有一种方法可以得到包含材料基体/钝化膜界面结构的样品，即在金属材料表面形成钝化膜以后，采用聚焦离子束(focus ion beam，FIB)对试样进行纵向切割得到薄片，即材料基体/钝化膜界面TEM样品薄片。但这种方法需要用到FIB，仪器昂贵，操作复杂，成功率低。
如申请号为201210264623.0的发明公开了一种提高提取聚焦离子束制备的透射电镜样品成功率的方法。该方法提高了聚焦离子束制样的提取的成功率，降低了成本，且简单易操作。但该方法仍然需要用聚焦离子束(focus ion beam，FIB)对试样进行切割得到薄片，即TEM样品薄片。FIB仪器昂贵，操作复杂，且成功率受多种因素影响，不适合于材料基体/钝化膜的试样制备。
申请号为201210188529.1的发明专利公开了一种锈层粉末试样的透射电镜样品制备方法。通过将锈层从试样表面刮下，并研磨成粉末；取锈层粉末混入火棉胶与乙酸异戊脂溶液中；再在电镜载网上便形成一层有机膜；可制得用于透射电镜观察的锈层样品。这种方法制备的样品，可以用于TEM观察锈层微观形貌，分析锈层中存在的各个相。但是位于材料基体/钝化膜界面的钝化膜成分、相结构与宏观锈层的成分、相结构有很大区别，无法获取材料基体/钝化膜界面的钝化膜真实成分、相结构，因此无法获得由钝化膜到材料基体纵向过渡层的材料微观信息。
发明内容
本发明主要解决TEM原位观察材料基体/钝化膜界面的样品制备问题，既需要避免传统TEM制样方法对界面附近钝化膜的破坏作用，又需要解采用聚焦离子束制样操作复杂，成功率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种EM原位观察材料基体/钝化膜界面结构的样品制备方法，其包括：
第一步，金相制样；
第二步，离子溅射减薄；
第三步，腐蚀金属试样，获得样品。
所述第一步进一步具体为采用线切割或其他切割方式，制备符合TEM试样需要大小的金属薄片；将金属材料样品放入溶剂中，清洗，在金相预磨机上，进行粗磨、精磨、抛光，获得基础金属样品。
其中，所采用的溶剂为丙酮或乙醇。
其中，清洗的方法采用超声波清洗方法。
所述第二步进一步具体为采用离子溅射减薄的方式将第一步制备的基础金属试样的厚度减少到符合TEM试样的要求，获得待腐蚀的样品。
所述第三步进一步具体为准备两块与待腐蚀的样品相同、形状相似，但稍大一些的金属块，将前述制备的待腐蚀的样品夹在两块金属试样之间，放入腐蚀性环境，控制钝化膜从前述待腐蚀的样品侧面生长，腐蚀试验完成后，将待腐蚀的样品取出，取出金属块，即可得到EM原位观察材料基体/钝化膜界面结构的样品。
本发明的有益效果：
本发明提供的TEM原位观察材料基体/钝化膜界面的样品制备方法，既需要避免传统TEM制样方法对界面附近钝化膜的破坏作用，又需要解采用聚焦离子束制样操作复杂，成功率低的问题。
说明书附图
图1：金相制样示意图；
图2：腐蚀试验试样安装顺序示意图；
图3：材料基体/钝化膜的TEM样品图；
图4：TEM试样的扫描电镜形貌。
具体实施方式
本发明提供了一种EM原位观察材料基体/钝化膜界面结构的样品制备方法，其包括：
第一步，金相制样；
第二步，离子溅射减薄；
第三步，腐蚀金属试样，获得样品。
所述第一步进一步具体为采用线切割或其他切割方式，制备符合TEM试样需要大小的金属薄片；将金属材料样品放入溶剂中，清洗，在金相预磨机上，进行粗磨、精磨、抛光，获得基础金属样品。
所采用的溶剂为丙酮或乙醇。
清洗的方法采用超声波清洗方法。
所述第二步进一步具体为采用离子溅射减薄的方式将第一步制备的基础金属试样的厚度减少到符合TEM试样的要求，获得待腐蚀的样品。
优选的厚度范围为小于等于0.2μm。
所述第三步进一步具体为准备两块与待腐蚀的样品相同、形状相似，但稍大一些的金属块，将前述制备的待腐蚀的样品夹在两块金属试样之间，放入腐蚀性环境，控制钝化膜从前述待腐蚀的样品侧面生长，腐蚀试验完成后，将待腐蚀的样品取出，取出金属块，即可得到EM原位观察材料基体/钝化膜界面结构的样品。
所述腐蚀环境可以为总酸值0.68mg KOH/g，硫含量1.56wt％的减四线馏分油中，保持24小时恒温300℃。
以下采用实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
下面以炼厂常见的Cr5Mo材料在高温含硫化物和环烷酸环境下的腐蚀试样为例，说明包括金属/腐蚀产物的TEM试样制备过程：
第一步，金相制样，采用线切割，制备15*15*1mm大小Cr5Mo薄片，见图1；将金属材料样品放入丙酮或酒精中，用超声波清洗机清洗；在金相预磨机上，进行粗磨、精磨，控制厚度＜0.1mm、抛光；
第二步，离子溅射减薄，通过离子溅射减薄试样到0.2μm；
第三步，准备18*18*10mm的Cr5Mo金属块，将前述制备的试样夹在两块金属试样之间，固定，见图2，放入减三线馏分中，升温到300℃，进行24小时腐蚀腐蚀，钝化膜从前述试样侧面生长，腐蚀试验完成后，取出试样，除去金属块，即可得到材料基体/钝化膜的TEM试样，见图3，TEM试样的扫描电镜形貌结果如图4。
所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种TEM原位观察材料基体/钝化膜界面结构的样品制备方法，其特征在于，包括：
第一步，金相制样；
第二步，离子溅射减薄；
第三步，腐蚀金属试样，获得样品。
2.如权利要求1所述的样品的制备方法，其特征在于：所述第一步进一步具体为采用线切割或其他切割方式，制备符合TFM试样需要大小的金属薄片；将金属材料样品放入溶剂中，清洗，在金相预磨机上，进行粗磨、精磨、抛光，获得基础金属样品。
3.如权利要求1或2所述的样品的制备方法，其特征在于：所采用的溶剂为丙酮或乙醇。
4.如权利要求1至3所述的样品的制备方法，其特征在于：清洗的方法采用超声波清洗方法。
5.如权利要求1至4所述的样品的制备方法，其特征在于：所述第二步进一步具体为采用离子溅射减薄的方式将第一步制备的基础金属试样的厚度减少到符合TFM试样的要求，获得待腐蚀的样品。
6.如权利要求1至5所述的样品的制备方法，其特征在于：所述第三步进一步具体为准备两块与待腐蚀的样品相同、形状相似，但稍大一些的金属块，将前述制备的待腐蚀的样品夹在两块金属试样之间，放入腐蚀性环境，控制钝化膜从前述待腐蚀的样品侧面生长，腐蚀试验完成后，将待腐蚀的样品取出，取出金属块，即可得到FM原位观察材料基体/钝化膜界面结构的样品。
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