Die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Corrosion Inhibitor / Metal-Schnittstellen mit XPS: Minimierung Beitrag Tauch Oxidation

Das übergeordnete Ziel dieses experimentellen Verfahrens ist es, die Oxidation von metallischen Substraten während des Probentransfers von einer inhibierten sauren Lösung zu einem Röntgenphotoelektronenspektrometer zu verhindern. Dieses Verfahren ermöglicht es, die chemische Natur der Grenzflächen von Korrosionsinhibitoren in sauren Lösungen zuverlässiger zu bestimmen, was eine Schlüsselkomponente des mechanistischen Verständnisses und der Leistungsvorhersage ist. Ein besonderer Vorteil dieses Ansatzes ist, dass er relativ einfach anzuwenden ist.

Und so kann es von anderen Forschern übernommen werden, die ähnliche Messungen durchführen. Das Protokoll ist relativ einfach, aber man sollte die Manipulation von Proben im Handschuhfach üben, da dies der anspruchsvollste Teil der Methode ist. Über die Korrosionshemmung hinaus sollte dieser Ansatz auch in anderen Bereichen in Betracht gezogen werden, in denen XPS-Messungen an luftempfindlichen Grenzflächen durchgeführt werden, die in einer flüssigen Umgebung gebildet werden.

Wir beschlossen zunächst, diesen Ansatz auszuprobieren, da wir befürchteten, dass die vorherige Arbeit durch die Oxidation der gehemmten Grenzfläche bei Lufteinwirkung beeinträchtigt wurde. Um dieses Verfahren zu beginnen, bereiten Sie das Kohlenstoffstahlsubstrat und die Salzsäurelösung mit zugesetztem CI vor, wie im Textprotokoll beschrieben. Gießen Sie anschließend 25 Milliliter der vorbereiteten HCL plus CI-Lösung in ein kleines Glasbecherglas.

Nehmen Sie mit einer säurebeständigen Pinzette die scheibenförmige Probe aus Kohlenstoffstahl auf und senken Sie sie dann in die HCL plus CI-Lösung. Richten Sie die Probe so aus, dass sich die zylindrischen Flächen in der vertikalen Ebene befinden. Schließen Sie zunächst das Handschuhfach an eine Inertgasquelle wie Stickstoff oder Argon an.

Kleben Sie dann ein kleines Quadrat aus doppelseitigem leitfähigem Kohlenstoffband auf die XPS-Probenstange. Setzen Sie die gesamte Hardware, die zum Übertragen der Probe auf das XPS-Gerät erforderlich ist, durch einen offenen Anschluss in das Handschuhfach ein. Setzen Sie danach das Becherglas mit dem eingetauchten Substrat in das Handschuhfach ein.

Versiegeln Sie jeden Anschluss. Spülen Sie dann das Handschuhfach mit Inertgas. Lassen Sie die Probe für die gewünschte Eintauchzeit unter Wasser bleiben.

Überwachen Sie den Wert der relativen Luftfeuchtigkeit im Handschuhfach. Sobald die relative Luftfeuchtigkeit unter acht Prozent liegt, greifen Sie in die Handschuhe des Handschuhfachs. Decken Sie diese dann mit Nitrilhandschuhen ab.

Entferne mit einer Pinzette die Probe aus Kohlenstoffstahl aus der Lösung. Föhnen Sie die Probe sofort mit einer leeren Waschflasche trocken. Decken Sie anschließend das Becherglas mit der HCL plus CI-Lösung mit einer Paraffinfolie aus Kunststoff ab.

Befestigen Sie die getrocknete Probe auf dem kleinen Klebeband auf der XPS-Probenstange. Danach entlüften Sie die XPS-Schleusenkammer mit dem Inertgas. Öffnen Sie den Verriegelungsflansch, überführen Sie den Probenstab in die Schleusenkammer und schieben Sie ihn auf die Probenhaltezange.

Schließen Sie dann den Flansch. Schalten Sie die Turbo-Rotationspumpenkombination ein, um die Kammer abzupumpen. Sobald der Druck etwa fünfmal 10 bis minus sieben Millibar erreicht hat, wird die Probe mit dem Transferarm manuell in die Zwischenkammer überführt.

Richten Sie die Probe mit der Tastatur auf den gewünschten Photoelektronenemissionswinkel aus. Öffnen Sie als Nächstes die XPS-Datenerfassungssoftware. Navigieren Sie zum Fenster für die manuelle Steuerung des Geräts.

Geben Sie 10 Milliampere und 15 Killivolt als Werte für die Parameter Anodenemission bzw. Anoden-HT ein. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche "Ein" im Bereich "Röntgenpistole", um die monochromierte Aluminium-K-Alpha-Röntgenquelle einzuschalten. Klicken Sie danach auf die Schaltfläche Ein im Abschnitt Neutralisator, um den Ladeneutralisator einzuschalten.

Wählen Sie im Abschnitt "Analyzer" den Messmodus "Spektrum-Hybrid" aus den Dropdown-Menüs "Modus" und "Objektiv" aus. Geben Sie anschließend die gewünschten Parameter in den Abschnitt zur Steuerung des Erfassungsscans ein. Optimieren Sie mit der Tastatur die Sample-Position, um das Signal aus dem ausgewählten Core-Pegel zu maximieren.

Erfassen Sie dann XPS-Daten, wie im Textprotokoll beschrieben. In dieser Studie wird ein alternativer Ansatz für die Einführung von Proben in ein Ultrahochvakuum-XPS-Instrument verwendet, um die Oxidation nach dem Eintauchen in eine saure Lösung, die einen Korrosionsinhibitor enthält, zu minimieren. Die XPS-Daten für eine polierte Probe weisen drei herausragende Merkmale auf: Das Eisen-2p-Signal stammt aus dem Kohlenstoffstahl, aus dem die Probe besteht.

Das Sauerstoff-1s-Signal stammt sowohl von einem oxidischen Oberflächenfilm als auch von einer Absorption, während das Kohlenstoff-1s-Signal auf einen zufälligen Kohlenstoff zurückzuführen ist. Das Eintauchen in eine der inhibierten einmolaren HCL-Lösungen führt zu signifikanten Veränderungen des entsprechenden Übersichtsspektrums. Ein Stickstoffsignal entsteht aufgrund der Oberflächenabsorption des Inhibitors, während das Sauerstoffsignal nahezu eliminiert wird.

Die höher aufgelösten Spektralprofile von Sauerstoff 1s und Eisen 2p deuten darauf hin, dass eine Oberflächenoxidation der polierten Probe stattgefunden hat, die zu Eisenoxiden und -hydroxiden geführt hat. Diese Spezies fehlen in den eingetauchten Proben, was darauf hindeutet, dass wenig oder gar kein Oberflächenoxid oder -hydroxid übrig bleibt. Der Einfluss der umgebenden Laboratmosphäre auf eine inhibierte Grenzfläche wird bestimmt, indem eine Probe in eine teilweise gespülte Glovebox überführt wird.

Diese Probe, die einer höheren Sauerstoffkonzentration ausgesetzt ist, weist Anzeichen von Oberflächenoxidation auf. Somit wird die Oberflächenoxidation nur dann minimiert, wenn der Probentransfer in einer gut gespülten Handschuhbox erfolgt. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die Oxidation von Grenzflächen zwischen Korrosionsinhibitoren vor XPS-Messungen vermeiden können.

Das Verfahren ist relativ einfach, und wenn es einmal gemeistert ist, kann der Schritt des Probentransfers in weniger als 30 Minuten durchgeführt werden, wenn er ordnungsgemäß durchgeführt wird. Während des Verfahrens ist es jedoch wichtig, die vom XPS zu untersuchende Oberfläche zu keinem Zeitpunkt während des Eintauchens oder Übertragens der Probe zu berühren. Vergessen Sie schließlich nicht, dass die Arbeit mit Säuren gefährlich sein kann und entsprechende Vorsicht geboten ist.