מאמר שיטה

הדמיה קורוזיה בממשק צבע מתכת באמצעות המסה של זמן טיסה משני המוני ספקטרומטריה

DOI:

10.3791/59523

⸱

6 במאי 2019

 ,  ,  , 
1Earth and Biological Sciences Directorate, Pacific Northwest National Laboratory, 2Energy and Environment Directorate, Pacific Northwest National Laboratory, 3Wiley Environmental Molecular Sciences Laboratory, Pacific Northwest National Laboratory

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחלת המסה של הזמן של הטיסה והספקטרומטר משני מיושם על מנת להדגים את המיפוי הכימי ואת מורפולוגיה הקורוזיה בממשק צבע המתכת של סגסוגת אלומיניום לאחר חשיפת תמיסת מלח בהשוואה לדגימה החשופה לאוויר.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

קורוזיה שפותחה בצבע ואלומיניום (אל) ממשק צבע מתכת של סגסוגת אלומיניום מנותח באמצעות זמן של טיסה משנית המסה מסוג משני ספקטרומטריה (תוף-סימס), הממחישות סימס היא טכניקה מתאימה כדי ללמוד את התפלגות כימית ב צבע מתכת ממשק. קופוני הסגסוגת אל המצוירים שקועים בתמיסת מלח או חשופים לאוויר בלבד. סימס מספק מיפוי כימי ודימות מולקולרי 2D של הממשק, המאפשר הדמיה ישירה של המבנה של מוצרי קורוזיה שנוצרו בממשק צבע מתכת ומיפוי של כימיים לאחר קורוזיה מתרחשת. ההליך הניסיוני של שיטה זו מוצג כדי לספק פרטים טכניים כדי להקל על מלכודות מחקר דומה והדגיש כי ניתן נתקל במהלך ניסויים כאלה.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לסגסוגות אל יש יישומים רחבים במבנים הנדסיים, כגון בטכנולוגיה ימית או בכלי רכב צבאי, המיוחס ליחס חוזק המשקל הגבוה שלהם, פורמביליות מעולה, ועמידות לקורוזיה. עם זאת, קורוזיה המותאמות לשפות אחרות, היא עדיין תופעה נפוצה המשפיעה על אמינות הטווח הארוך, העמידות והשלמות שלהם בתנאים סביבתיים שונים1. ציפוי צבע הוא האמצעי הנפוץ ביותר כדי למנוע קורוזיה. איור של קורוזיה שפותחה בממשק בין מתכת וציפוי צבע יכול לספק תובנות בקביעת התרופה המתאימה למניעת קורוזיה.

קורוזיה של סגסוגות אל מתקיימים באמצעות מסלולים שונים. רנטגן ספקטרוסקופיית פוטואלקטרון (XPS) וסריקת מיקרוסקופ אלקטרוני/אנרגיה-דיסקופיית רנטגן הסחף (SEM/EDX) הם שני שיטות מיקרו בדרך כלל מיקרואנליזה של משטח בחקירת קורוזיה. XPS יכול לספק מיפוי היסודות אך לא תצוגה מולקולרית של המשטח מידע כימי2,3, בעוד SEM/edx מספק מידע מורפולוגית ומיפוי היסודות אבל עם רגישות נמוכה יחסית.

תוף-סימס הוא עוד כלי משטח עבור מיפוי כימי עם דיוק המוני גבוהה ורזולוציה לרוחב. יש לו גבול נמוך של גילוי (לוד) והוא מסוגל לחשוף את התפלגות המינים קורוזיה הנוצר בממשק צבע מתכת. בדרך כלל, הפתרון המוני של סימס יכול להגיע 5000-15000, מספיק כדי להבדיל את יוני isobaric4. עם הרזולוציה המרחבית של תת-מיקרון, תוף סימס יכול לדמות כימית ולאפיין את ממשק צבע המתכת. זה מספק לא רק מידע מורפולוגית אלא גם את התפלגות לרוחב של מינים קורוזיה מולקולרית בחלק העליון ננומטר של פני השטח. תוף סימס מציע מידע משלים ל-XPS ו-SEM/EDX.

כדי להדגים את היכולת של תוף סימס באפיון פני השטח והדמיה של ממשק קורוזיה, שני צבועים אל סגסוגת (7075) קופונים, אחד נחשף לאוויר רק אחד לפתרון מלח, מנותח (איור 1 ואיור 2). הבנת ההתנהגות קורוזיה בממשק צבע מתכת חשוף למצב מלוחים הוא קריטי כדי להבין את הביצועים של סגסוגת אל בסביבה ימית, למשל. ידוע כי היווצרות של אל (הו)3 מתרחשת במהלך החשיפה של אל מי ים5, אבל המחקר של אל קורוזיה עדיין חסר זיהוי מולקולרי מקיף של קורוזיה וממשק ציפוי. במחקר זה, שברי אל (הו)3, כולל תחמוצות (למשל, אל3o5-) ו מינים אוקסיקסידי (למשל, אל3o6H2-), נצפו וזוהו. ההשוואות של המסה של סימס ספקטרום (איור 3) ותמונות מולקולריות (איור 4) של היונים השליליים אל3o5- ו-Al3o6H2- לספק את המולקולרי עדות למוצרי הקורוזיה שנוצרו בממשק צבע המתכת של קופון הסגסוגת אל-מוצרי המלח שטופלו בתמיסה. סימס מציעה את האפשרות להבהיר את הכימיה מסובך המתרחשים בממשק צבע מתכת, אשר יכול לעזור לשפוך אור על היעילות של טיפולי פני השטח בסגסוגות אל. בפרוטוקול מפורט זה, אנו להפגין גישה יעילה זו בדיקת ממשק צבע מתכת כדי לעזור למתרגלים חדשים במחקר קורוזיה באמצעות תוף סימס.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. הכנה לדגימת קורוזיה

  1. הקיבעון המדגם אל שרף, וליטוש
    1. הר שני קופונים מסגסוגת אל (1 ס"מ x 1 ס מ) באמצעות שרף אפוקסי ב 1.25 אינץ ' מטלוהתמונות לדוגמה כוסות ומניחים את הקופונים ב-מכסה המנוע בלילה או עד שרף הוא נרפא לחלוטין.
    2. הוציא את כוסות צילינדרים אל שרף מתוך כוסות לדוגמה. פולין הצילינדרים אל שרף באמצעות נייר חצץ 240 עם מים ב 300 rpm platen/150 סל ד במחזיק עבור 1 דקות.
    3. פולנית הצילינדרים אל שרף באמצעות צלחת הליטוש עם 15 יקרומטר, 6 יקרומטר, 3 יקרומטר, ו 1 יקרומטר פתרון מבוסס מים עבור 5 דקות (כל שלב), ברציפות.
    4. לשטוף את הצילינדרים שרף עם מים מוכי (DI) ולבף אותם עם כותנה.
    5. שטפו שוב את הצילינדרים אל שרף עם אתנול ומניחים אותם בתוך המכסה הכימי עד שהם יבשים.
      הערה: לחלופין, ניתן לייבש את המדגם באוויר או בחנקן.
  2. הכנת מדגם אל-קורוזיה
    1. לרסס את הצבע השחור 2x על כל גליל אל שרף ולתת להם לעמוד בתוך המנוע עבור 24 h. עובי הצבע הוא כ-100 יקרומטר.
      הערה: הצבע הוא מוצר מסחרי עם תחל מעורבב בבקבוק אחד. זה ייבוש מהיר מניעה חלודה.
    2. Engrave ארבעה קווים מקבילים (5-6 מ"מ ארוך) ישר למטה על החלק העליון של כל צבע שרף לצייר אל באמצעות אזמלים. הניחו את הקווים במרכז הסגסוגות של אל.
    3. לטבול גליל אחד אל שרף לתוך a pH 8.3 תמיסת מלח המכיל את היום, MgSO4, mgso2, ו-kcl, עם משטח הסקריב למטה. לכסות חלקית את 10 ס"מ x 10 ס"מ צלחת פטרי עם המכסה שלה.
      הערה: התמיסה מלוחים עשויה מ 465 מ"מ, 28 מ"מ MgSO4, 25 מ"מ Mgso2, ו 3 מ"מ kcl ב 50 mL של מים DI, מותאם על ידי 0.1 M naoh להגיע כ-pH 8.3. התמיסה מכילה יונים מרכזיים במי ים. מוליכות של תמיסת מלח הוא כ 5.5 S/m. טמפרטורת הפתרון היא 72 ° פ'.
    4. הניחו את הצילינדר האחר אל שרף עם משטח הסקריב שלה למטה בצלחת פטרי נקייה לכסות אותו עם המכסה. שומרים את שתי הדגימות. בתוך החומר הכימי במשך 3 שבועות
  3. חשיפת ממשק קורוזיה והרכבה של ממשק שרף
    1. חותכים כל גליל אל שרף לתוך שני חצאים באמצעות מסור במהירות נמוכה עם להב יהלום, ניצב באמצע הקווים מסומנים, ולקצץ את הקצה שרף מוגזם.
    2. הר את כל חתיכות מסגסוגת אל בגודל 2 אינץ ' לדוגמה וטופס הרכבה על ידי הצבת פיסות סגסוגת אל לאורך מעגל, עם ממשק צבע מתכת פונה כלפי מעלה. מרחב כל פיסת מסגסוגת אל.
    3. חזור על שלבים 1.1.2-1.1.3.
    4. בנוסף להבריק את מתכת צבע החתך החוצה בתוך משחת רטט מודבקת על משקל 2 ליברות באמצעות 0.05 יקרומטר של פתרון סיליקה קוליטלי על משטח ליטוש עבור 4 h.
    5. חזור על שלבים 1.1.4-1.1.5
      הערה: הקיבעון ועבודת הליטוש חשוב לרכישת אותות סימס מספיקים משום שמשטח לא מלוטש יוביל לעוצמות נמוכות של אותות יונים משניים ופתרון המסה המסכן במהלך ניתוח הסימס.
  4. ציפוי המדגם בעזרת מיכל הספיאטר
    1. שים את הרכבה מלוטש ממשק צבע מתכת בחדר coater אטר החלל עם בצד הממשק למעלה. סגרו את המכסה של הקואטר. ותתחילו לשאוב את החדר
    2. עקבו אחר הנוהל הרגיל של הרכבת החדשה והפקדה של 10 ננומטר זהב (Au) על ההרכבה ממשק צבע מתכת.
      הערה: מטרת טיפול זה משטח לדוגמה היא להפחית את אפקט הטעינה במהלך ניתוח סימס. אם המדגם מוליך לחשמל, שלב זה אינו הכרחי.

2. ניתוח ממשק קורוזיה בצבע מתכת באמצעות תוף סימס

  1. טעינת דגימות בתוף סימס
    1. הר ההרכבה ממשק צבע מתכת המכיל את המדגם הטיפול בתמיסת מלח ואת השליטה חשוף באוויר על מחזיק לדוגמה Topmount באמצעות ברגים וקליפים.
      הערה: Topmount הוא שמו של מחזיק המדגם המחזיק את המדגם על החלק העליון של מחזיק המדגם.
    2. לפתוח את בורג הנעילה על הדלת המטען לנעול, ולחץ על הלחצן לעצור על חלון fpanel של התוכנה תוף סימס ממשק משתמש גרפי (GUI) כדי לפרוק את התא מנעול.
    3. פתח את תא המטען על ידי מנופף את הזרוע להעביר דגימת ימינה, להפוך את הזרוע העברה נגד כיוון השעון עד שהוא מתחבר לתוך הפין של מחזיק המדגם Topmount , ולאחר מכן, להפוך אותו בחזרה.
    4. הנדנדה את זרוע ההעברה בחזרה כדי לסגור את הדלת של נעילת המטען ולהדק את בורג הנעילה על הדלת כדי לאטום את נעילת המטען.
    5. לחץ על לחצן התחל בחלון fpanel כדי לשאוב למטה את התא מנעול העומס עד שהוא מגיע ~ 1.0 e-6 mbar או למטה.
    6. לחץ על הלחצן פתח בחלון fpanel כדי לפתוח את השער בין החדר הראשי לבין נעילת המטען.
    7. לדחוף את הזרוע העברה לדוגמה מחוברת עם מחזיק המדגם לתוך החדר הראשי. סובבו את זרוע ההעברה נגד כיוון השעון עד שמחזיק הדגימה יועבר לשלב המדגם בחדר הראשי.
    8. החזר את זרוע ההעברה כל הדרך לאחור, ולחץ על הלחצן סגור בחלון fpanel כדי לסגור את השער בין החדר הראשי לבין נעילת המטען.
    9. בחר Topmount. shi מהתפריט הנפתח של החלון המוקפץ, בחר במחזיק הדגימה ולחץ על הלחצן ' אשר'. התמונה של המחזיק דגם Topmount מופיע בצד הימני של הנווט משתמש.
    10. המתן עד שרמת הוואקום של החדר הראשי מגיעה לפחות ל-1.0 E-8 mbar או למטה.
  2. החל מאקדח המתכת הנוזלי (LMIG) ויישור קרן היונים
    1. בדוק את תיבות של Limg, Analyzer, ותאורה בחלון בקרת כוח להפעיל את האקדח מתכת נוזלי (limg), מנתח, ואת המקור אור לאחר הדגימות מועברים לחדר הריק הראשי.
    2. בדוק את תיבת הסימון Lmig המוצגת בחלון fpanel כדי להפעיל את הכרטיסיה של הגדרת Lmig. לחץ על הפעל את lmig מכרטיסיית המשנה של המקור תחת הכרטיסיה limg בחלון הכלי כדי להפעיל את ה-lmig.
    3. בחרו בקובץ המוגדר מראש של קביעות הספקטרומטריה בחלון המוקפץ של ' טען קביעות ' ולחצו על ' פתח'.
      הערה: Bi3+ נבחרה כקרן היון הראשית. אנרגיית LMIG מוגדרת ל -25 kV. רוחב המסוק LIMG מוגדר 25 ns. הגדרות אחרות כולל פליטה הנוכחי 1.0 μA; ערך החימום הוא 2.75 A; מדכא כ 800-1000 V; החולץ 10 kV; מקור עדשה 3.3 kV; זמן מחזור 100 μs; טווח המסה 1-870 u. ההגדרות עשויות להשתנות בהתאם לדגם הכלי, למשך החיים הנותרים של LMIG ולדרישת הרכישה לדגימות ספציפיות.
    4. בחר באפשרות Lmig בחלון המוקפץ של קטגוריות לטעינה, לחץ על הלחצן שנבחר ולחץ על אישור.
      הערה: לוקח בערך 5 דקות כדי להפעיל לחלוטין את LIMG.
    5. בחרו ' חיובי ' מהתפריט הנפתח של ' הגדרות המכשיר ' בחלונית fpanel כדי לקבוע שהיונים יזוהו.
      הערה: בחר שלילי מהתפריט הנפתח אם יש למדוד יונים שליליים.
    6. בחר את הקובץ המוגדר מראש של הגדרות המנתח לאחר לחיצה על לחצן טעינת הגדרות ב-fpanel כדי להפעיל את המנתח.
      הערה: האצת המנתח מוגדרת ל-9.5 kV; האנרגיה מנתח מוגדר 2 kV; הגלאי מוגדר ל -9 kV. ההגדרות של מנתח עשוי להשתנות עקב התצורה של מודלים סימס שונים.
    7. בחר גביע פאראדיי מהתפריט הנפתח של מיקום הסמן בGUI של הנווט. לחץ על Go כדי להעביר את הבמה לגביע פאראדיי.
      הערה: העבר את השלב לגביע פאראדיי למדידה הנוכחית של המטרה.
    8. בחר את המיקרו -מראה מתוך הרשימה הנפתחת של וידאו הניווט GUI כדי לראות את מיקומו של גביע פאראדיי.
    9. לחץ על מרכז הגביע פאראדיי תחת התצוגה מיקרו ב הנווט GUI ובחר כונן כדי לסמן את המיקום מהתפריט הנפתח לאחר לחיצה ימנית על החלון הראשי SE/SI Gun בנווט GUI.
    10. בחר 20 יקרומטר x 20 יקרומטר מהתפריט הנפתח של ציין שדה סריקה של תצוגה לאחר לחיצה ימנית על חלון האקדח הראשי של SE/SI בממשק הניווט של הנווט .
    11. לחץ על כפתור C מתוך הכרטיסיה משנה האקדח תחת הכרטיסייה limg בחלון המכשיר כדי ליישר באופן אוטומטי את קרן היונים.
    12. לחץ על לחצן התחל ובדוק את תיבת ה- DC מכרטיסיית המשנה הפועם תחת הכרטיסייה lmig כדי למדוד את זרם היעד.
    13. לחץ על ' פריסה על X ' מכרטיסיית המשנה של המוקד תחת הכרטיסייה limg והפעל את גלגל העכבר כדי להגדיל את זרם היעד. לחץ על ' פריסה על Y ' מאותה כרטיסיה כדי למקסם את זרם היעד.
      הערה: זרם היעד של קרן היון שנמדד תחת מצב הספקטרומטר ההמוני צריך להיות גדול מ -14 nA, או יותר מ-0.5 pA if Bi3+ נבחר, כדי להשיג את העוצמות הרצויות של אותות יונים.
    14. לחץ על לחצן עצור מתוך כרטיסיית המשנה של המוקד כדי להפסיק את המדידה של זרם היעד.
  3. התאמת מוקד הקרן באזור העניין
    1. לחץ על כפתור Z על הלוח בקרת ג'ויסטיק ולדחוף את ג'ויסטיק עד למטה למטה את השלב לדוגמא עד הקונוס חולץ מעל החלק העליון של ההרכבה ממשק צבע מתכת.
      הערה: חשוב להימנע מהתנגשות בין החרוט לבין הדגימות בעת ביצוע שלב זה.
    2. לחץ על הלחצנים X ו- Y במוט ההיגוי והזז את מוט ההיגוי שמאלה/ימינה ולמעלה/למטה כדי להביא את מכלול הממשק עד שהוא יוצג בתצוגת המאקרו בממשק הניווט.
    3. מעבר לתצוגה מיקרו ב הנווט GUI כדי לאתר את אזור הריבית (ROI) של ממשק צבע מתכת.
    4. הגדר את ההחזר ל300 יקרומטר x 300 יקרומטר לאחר לחיצה ימנית על חלון האקדח הראשי SE/SI כדי להרחיב את שדה התצוגה.
    5. בחר את סוג האות SI, גודל הרסטר 128 x 128 פיקסל, וסוג הסריקה אקראית מהאקדח SE/SI הראשי של הנווט GUI.
    6. לחץ על לחצן המשולש השחור ואת לחצן כוונן SI בחלון הראשי SE/SI . הצורה העגולה של התמונה המשנית (SI) של התשואה תופיע בחלון SE/SI של האקדח הראשי.
    7. לחץ על לחצן Z בלוח הבקרה של מוט ההיגוי. הזז את ג'ויסטיק למעלה או למטה כדי להביא את הצורה העגולה של התמונה SI למרכז הצלב בחלון הראשי SE/SI .
      הערה: אם הצלב הוא באמצע הצורה העגולה של התמונה SI, הוא מצביע על כך שהתמונה מתקבלת בפוקוס טוב.
    8. בטל את סימון הלחצן כוונן SI , ולחץ על הלחצן המרובע בחלון SE/SI של האקדח הראשי כדי לעצור את התאמת המיקוד.
  4. הסרת ציפוי וזיהום פני השטח באמצעות מצב הזרם הגבוה/DC
    1. בחרו בתמונה SE מהתפריט הנפתח של החלון הראשי se/SI , כדי להתבונן בהתקדמות הניקוי DC.
    2. בדוק את תיבת ה-DC ב-Fpanel ולחץ על לחצן המשולש השחור כדי להתחיל בניקוי DC.
      הערה: השאר את ה-DC במשך 10 או עד שתמונת ה-SE מציינת ששכבת הזהב מוסרת. משך הניקוי של DC עשוי להשתנות בהתאם לעובי הציפוי.
    3. לחץ על כפתור הריבוע השחור כדי לעצור את ניקוי DC כאשר התבוננות ציפוי הזהב מוסר באמצעות מיקרו תצוגה GUI הנווט.
    4. החלף את תמונת ה-SE בתמונת ה -SI בממשק הניווט.
      הערה: הסיבה לשימוש קרן DC היא בגלל קרן DC (~ 14 nA) הוא חזק מספיק כדי להסיר את הציפוי Au וזיהום פני השטח השני, בעוד הקורה הזרם פעמו (~ 1 הרשות) אינו מספיק.
  5. הפעלת הפיצוי על פני השטח באמצעות אקדח שיטפון
    1. בדוק את תיבת התותחים של ההצפה בלוח fpanel כדי לאפשר את פיצוי הטעינה.
    2. לחצו על הלחצן ' טען ' לטעינת קובץ בחלונית fpanel. בחר את הקובץ המוגדר מראש של הגדרות אקדח המבול לאחר לחיצה על טעינת הגדרות כדי לטעון את ההגדרות של אקדח המבול.
      הערה: ההגדרות של אקדח המבול כוללים את האפשרויות הבאות: אנרגיה של 20 v, אנודת של 300 V, עיכוב של 2.0 μs, זרם חוט המבול האקדח של 2.4 a, ואת אקדח המבול להוביל של 2.0 μs. ההגדרות של אקדח המבול עשוי להשתנות עבור מכשירים שונים.
    3. חזור על שלבים 2.3.6-2.3.7 כדי להתאים את המוקד למחשב האחזור בלבד.
      הערה: ברגע שהציפוי Au מוסר, גובה ההחזר ישתנה. לכן, יש צורך להתאים את הפוקוס בלבד.
    4. לחץ על מחזיר האור מהכרטיסיה משנה של הכרטיסיה מנתח/ראשי בחלון הכלי.
    5. לחץ על הערך בצד שמאל של סרגל האור המחזיר כדי להקטין את מתח האור המחזיר עד שהצורה העגולה של תמונת SI תיעלם. . אז תגדיל את מתח האור-מחזיר ב -20 וולט
      הערה: תהליך זה נעשה כדי להבטיח משטח דימות שטוח ומקסימום אותות SI. במצב שלילי, להגדיל את מתח האור האור עד הצורה העגולה של התמונה SI נעלם ולאחר מכן, להוריד את זה 20 V.
    6. חזור על השלב 2.3.8 כדי להפסיק את המיקוד ואת התאמת מתח האור המחזיר.
  6. ההמסת ספקטרום המסה ברזולוציה גבוהה
    1. לחץ על סמלי הספקטרום והתמונה בחלונית fpanel כדי לפתוח את הספקטרום ותוכניות התמונות.
    2. הצגת ההחזר הנבחר של ממשק צבע המתכת בתצוגה מיקרו .
    3. לחץ על לחצן המשולש בממשק הניווט כדי להתחיל סריקה מהירה וקשת סימס יופיע בתוכנית הספקטרום; לחץ על הריבוע השחור כדי לעצור את הסריקה המהירה.
      הערה: הסריקה המהירה צריכה לקחת רק כמה סריקות ובדרך כלל לוקח רק כמה שניות.
    4. בחר את ' כיול המוני ' מתוך הרשימה הנפתחת של הספקטרום בסרגל הכלים של תוכנית הספקטרום או פשוט הקש על F3 כדי להעלות את חלון כיול המוני לאחר השלמת הסריקה המהירה.
    5. בחר בפסגות מוכרות כדי לכייל את הספקטרום ההמוני על-ידי לחיצה על הפסגות המתאימות, הוסף את הנוסחה בחלון כיול המסה ולחץ על אישור כדי לצאת מחלון הכיול ההמוני כאשר מתבצעת בחירת השיא.
      הערה: CH3+, C3H 3+, ו aloh+ נבחרים עבור כיול ספקטרום המסה חיובי; בעוד OH- ו CN¬ ו-AlO- נבחרים לכיול ספקטרום המסה השלילי. הפסגות שנבחרו לכיול המוני עשויות להשתנות בדוגמאות שונות. סטייה של הפסגות שנבחרו הוא פחות מ 30 עמודים לדקה כדי להבטיח זיהוי שיא מדויק.
    6. הוסף את פסגות האינטרסים לרשימת השיאים על-ידי לחיצה על פסגת היונים שנבחרו בספקטרום ולחיצה על הלחצן ' הוסף מרב ' בסרגל הכלים.
    7. לחצו על הלחצן ' משולש אדום ' בחלונית fpanel לפתיחת חלון ' מדידה '.
    8. הגדר את סוג הרסטר לאקראי, 128 x 128 פיקסל, 1 shot/פיקסל, להגדיר את מספר הסריקות כדי 60 סריקות בחלון המוקפץ, ולחץ על אישור כדי להתחיל את רכישת ספקטרום מסה של ההחזר.
      הערה: הרכישה בספקטרום ההמוני תעצור באופן אוטומטי לאחר שמספר הסריקות המבוקש יירכש.
    9. לחץ על שמור קובץ ב-fpanel כדי לשמור את הספקטרום ההמוני הנרכש ולנקוב בשם הקובץ המיועד (לדוגמה, הטיפול בתמיסת מלח, שנחשף באוויר).
    10. העבר את הקוטביות לשלילית ב-fpanel וחזור על הצעדים 2.5.3-2.6.9 כדי לרכוש את ספקטרום המסה השלילי עבור אותו ROI.
      הערה: סימס ספקטרום המסה של ארבעה ROIs שונים של כל מדגם נרכשו עבור קיטוב חיובי ושלילי במחקר זה.
  7. שמירת מיקום ROI מנותח לניתוח נוסף
    1. לחץ על הלחצן הוסף בממשק הניווט והקלט את שם ההחזר בחלון המוקפץ (לדוגמה, תמיסת מלח 1).
    2. לחץ על לחצן שלב Pos ולחץ על אישור לחצן כדי לשמור את מיקום ROI.
      הערה: מיקום ROI נשמר עבור ניתוח נוסף של הדמיה של סימס.
  8. העתק של תמונת סימס ברזולוציה גבוהה
    1. לחצו על הלחצן ' טען הגדרת קובץ ' בחלונית fpanel ובחרו בקובץ הגדרת ההדמיה המוגדר מראש. לחץ על פתח כדי לטעון את הגדרות הדימות.
      הערה: הרזולוציה הלרוחב הגבוהה ביותר או גודל הספוט הקטן ביותר ממוטב במצב מקבילות (כלומר, מצב DC). במצב זה, הצמצם הקטן ביותר ב-beamline קובע את זווית הצמצם. על פי הגדרת התצורה של תוף סימס, הרזולוציה הגבוהה ביותר לרוחב הוא כאשר זרם DC הוא כ 50 pA והמוקד יכול להגיע סביב 100 nm. כדי להשיג רזולוציה זו, הגדל את מקור העדשה תוך צפייה בזרם ה-DC היורד, ומיטוב הפריסה והפריסה של X עד שזרם ה-DC הסופי מגיע ל-50 pA. ברשימה הבאה מפורטים הגדרות הפרמטרים המפורטות של מצב הדימות. Bi3+ נבחרה כקרן היון הראשית. אנרגיית LMIG מוגדרת ל -25 kV. רוחב המסוק LIMG מוגדר 100 ns והיסט המסוק מוגדר 30.9 ns. ההגדרות האחרות כוללות זרם פליטה של 1.0 μA; ערך החימום הוא 2.75 A; מדכא כ 800-1000 V; החולץ 10 kV; מקור עדשה 3.5 kV; זמן מחזור 100 μs; טווח המסה 1-870 u.
    2. בחר באפשרות Lmig בקטגוריות הנפתחות כדי לטעון חלון.
    3. חזור על שלבים 2.2.7-2.2.14 כדי למדוד את זרם היעד וליישר את קרן היונים.
      הערה: היעד הרצוי הנוכחי במצב הדמיה צריך להיות גדול מ 0.6 nA או כ 1 הרשות הפלסטינית אם3+ מסומנת למדידה.
    4. בחר את מיקום ה-ROI השמור מתוך הרשימה הנפתחת של מיקום הסמן בGUI של הנווט. לחץ על מהלך.
      הערה: שלב זה מבטיח שספקטרום המסה ומיפוי התמונה נרכשים מאותו ROI.
    5. חזור על הצעדים ה2.5.4 וה2.5.5 כדי לכוונן את מתח האור המחזיר.
    6. חזור על שלבים 2.6.3-2.6.6 כדי לבצע את כיול המסה במצב הדמיה.
      הערה: אם התוכנה אינה יכולה לרשום את הפסגות שנבחרו בעת ביצוע כיול המסה, סמן את התיבה השתמש בערוץ נבחר בחלון ' כיול המוני '.
    7. חזור על שלבים 2.6.7 ו-2.6.8 כדי לאסוף את נתוני התמונה.
      הערה: במצב הדמיה, הגדר את סוג הרסטר לאקראי, 256 x 256 פיקסל, 1 shot/פיקסל, להגדיר את מספר הסריקות כדי 150 סריקות, ולחץ על אישור כדי להתחיל את רכישת התמונה של ההחזר. רזולוציית התמונה והסריקה יכולה להיות שונה ויש לקבוע אותן בהתאם למדגם.
  9. החזרת הדגימה מחדר הוואקום
    1. בחר באפשרות העברה מהרשימה הנפתחת של מיקום הסמן ב-GUI של הנווט ולחץ על לחצן Go כדי להביא את השלב לדוגמה ליד השער.
    2. פתח את השער באמצעות 2.1.6 צעד חוזר.
    3. לדחוף את הזרוע העברת דגימה לתוך החדר הראשי ולהפוך את מוט הזרוע בכיוון השעון וקדימה עד שהוא מתחבר סיכה של בעל המדגם.
    4. העבר את הזרוע האחורית והחזר אותו כל הדרך.
    5. סגור את השער על-ידי לחיצה על הלחצן סגור בחלונית fpanel ובחר ללא מחזיק מדגם בחלון מחזיק הדגימה המוקפץ.
    6. לפתוח את בורג הנעילה על הדלת של נעילת המטען ולחץ על עצירת הלחצן בחלונית fpanel כדי לפרוק את נעילת המטען.
      הערה: אוורור לוקח כ 3-5 דקות.
    7. הנדנדה את הזרוע להעביר ימינה ולהפוך את המוט הזרוע העברה נגד כיוון השעון כדי לשחרר את מחזיק המדגם.
    8. העבר את זרוע ההעברה לאחור והדק את בורג הנעילה על דלת נעילת המטען.
    9. לחץ על לחצן התחל בחלונית fpanel כדי לשאוב את נעילת העומס.
    10. להוריד את מתכת צבע ממשק שרף ההרכבה מבעל המדגם ולמקם אותם צלחת פטרי נקי.
  10. כיבוי המשחק
    1. לחץ על הפסק את LMIG מהכרטיסיה המשנה תחת הכרטיסיה Lmig בחלון הכלי.
    2. נקה את הקופסאות של Lmig ואת האקדח המבול בתוך fpanel ובטל את תיבת התאורה בחלון הכוח.

3. ניתוח נתוני תוף-סימס

  1. ייצוא נתוני הספקטרום של סימס
    1. לחץ על קובץ בסרגל הכלים של חלון תוכנית הספקטרום ובחר באפשרות ייצוא מתוך הרשימה הנפתחת.
    2. שם קובץ הספקטרום, שמור אותו בתיקיה המיועדת כקובץ. txt ולחץ על אישור.
    3. הקלד מספר 10 בחלון המוקפץ כדי להגדיר את הערוץ binning ולחץ על אישור.
      הערה: ביננינג 10 ערוצים לפני ייצוא הספקטרום ההמוני היא שיטה נפוצה להפחתת גודל הנתונים תוך שמירה על רזולוציה ודיוק של המסה.
    4. יצא את נתוני תמונת ה-SIMS.
    5. לחץ על סמל תוכנית התמונה ולחץ פעמיים על קבצי התמונה שנרכשו כדי להציג את תמונות ה-SIMS.
    6. גררו את התמונה של מינים כימיים ספציפיים מהרשימה לחלון תצוגת התמונה ולחצו פעמיים על תמונה זו כדי לפתוח את חלון תהליך התמונה להלן.
    7. נרמול התמונה של המינים הכימיים שנבחרו לתמונות של יונים מוחלטים על-ידי בחירה באפשרות ' נרמל ' מהרשימה הנפתחת של חלון תהליך התמונה.
    8. החילו את אותו סרגל צבע להשוואת ההתפלגות הכימית בין דגימות שונות על-ידי התאמת סולם הצבעים בחלון תהליך התמונה.
      הערה: ניתן לייצא את הנתונים הגולמיים של התמונות ולהתוות אותם באמצעות תוכנות גרפיות אחרות.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

איור 3 מציג את השוואת ספקטרום המסה בין ממשק צבע מתכת מטופלים עם תמיסת מלח וממשק חשוף לאוויר. ספקטרום המסה של שתי הדגימות נרכשו באמצעות 25 kV Bi3+ קרן יון בסריקה 300 יקרומטר x 300 יקרומטר rois. הרזולוציה ההמונית (m/∆ m) של תמיסת מלח מטופל המדגם היה כ 5,600 בשיא של m/z- 26. הנתונים הגולמיים של הספקטרום ההמוני יוצאו לאחר 10 ערוצים של binning. תוכנה גרפית הוחלה כדי להתוות את ספקטרום המסה של המצגת. ידוע כי שכבות הגנה המכילות אל (הו)3 נוצרות לאחר קורוזיה...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

תוף-סימס מבדיל בין היונים בהתאם לזמן הטיסה שלהם בין שני מסטילטורים. הטופוגרפיה או החספוס המדגם משפיעים על זמן הטיסה של היונים מעמדות התחלה שונות, המובילות בדרך כלל לפתרון המסה הירוד ברוחב של פסגות מוגברות. לכן, זה קריטי כי ROIs להיות מנותח הם שטוחים מאוד, כדי להבטיח את אוסף האותות טוב8.

. עוד מלכודת להימנע מטעינה מאז ממשק אל צבע תוקן עם שרף בידוד, טעינת היה צפוי. החיוב מצטבר על משטח המדגם כמו ROI מופגז עם קרן יון הראשי, המשפיעה על האנרגיות הקינטית של יונים הנפלטים מפני ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

. למחברים אין מה לגלות

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו ממומנת על ידי תוכנית QuickStarter נתמך על ידי המעבדה הלאומית פסיפיק (PNNL). PNNL מופעל על ידי שנטל עבור DOE ארה. העבודה הזאת בוצעה באמצעות המרכז המדעי הביולוגי (BSF) ב-PNNL. JY ו-X-Y יו הכירו גם את התמיכה של מדעי האטמוספירה & שינוי גלובלי (ASGC) חטיבה ומינהל מדעי פיזי וחישוביות (PCSD) ב PNNL

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
0.05 ומיקרו; m פתרון ליטוש סיליקה קולואידיתLECO812-121-300פתרון ליטוש סופי
1 ומיקרו; פתרון ליטוש mPace TechnologiesPC-1001-GLBפתרון ליטוש על בסיס מים
15 ומיקרו; פתרון ליטוש mPace TechnologiesPC-1015-GLBRפתרון ליטוש על בסיס מים
3 ומיקרו; פתרון ליטוש mPace TechnologiesPC-1003-GLGפתרון ליטוש על בסיס מים
6 ומיקרו; פתרון ליטוש mPace TechnologiesPC-1006-GLYפתרון ליטוש על בסיס מים
BalanceMettler Toledo11106015הוא משמש למדידת הכימיקלים.
מקשה אפוקסי Epothin 2Buehler20-3442-064משמש ליציקת תושבות מדגם
Epothin 2 שרף אפוקסיBuehler20-3440-128משמש ליציקת תושבות מדגם
חיישן מוליכות כרומטוגרפיה נוזלית חלבון מהיר (FPLC)Amersham AKTA FPLCמשמש למדידת המוליכות של תמיסת המלח.
כרית B סופיתבעלות הברית90-150-235בשימוש עבור 1 ומיקרו; m ו- 0.05 ומיקרו; מ  שלבי ליטוש
KCl סיגמא-אולדריץ'P9333משמש להכנת תמיסת המלח.
מסור במהירות נמוכהBuehler Isomet11-1280-160משמש לחיתוך קופוני ה-Al המקובעים בשרף האפוקסי.
MgCl2Sigma-Aldrich63042משמש להכנת תמיסת המלח.
MgSO4Sigma-AldrichM7506הוא משמש לייצור תמיסת המלח.
NaClSigma-AldrichS7653הוא משמש לייצור תמיסת המלח.
NaOHSigma-Aldrich306576הוא משמש להתאמת pH של תמיסת המלח.
צבעחלודה-אוליאום 245217ספריי צבע מבריק שחור מבריק לשימוש כללי אוניברסלי. הוא משמש לריסוס על הקופונים של אל. 
משטח ליטוש Pan-WLECO809-505משמש עבור 15, 6 ו-3 ומיקרו; m מדרגות ליטוש
מד pHפישר סיינטיפיק13-636-AP72הוא משמש למדידת ה-pH של תמיסת המלח.
פיפטה תרמו פישר מדעי טווח: 10 עד 1,000 ומיקרו; L
קצה פיפטה 1נפטון 2112.96.BS 1,000 ומיקרו; L
קצה פיפטה 2Rainin1700186520 ומיקרו; L
נייר סיליקון קרבידLECO810-251-PRMנייר שחיקה, 240 חצץ
ציפוי מקרטעCressington108 ציפוי מקרטעהוא משמש לציפוי המדגם.   
Tegramin-30 מלטש חצי אוטומטיStruers6036127ליטוש/השחזה גס/עדין
ToF-SIMSIONTOF GmbH, Mü nster, גרמניהToF-SIMS V, מצויד באקדח יונים מתכת נוזלי Bi ואקדח הצפההוא משמש לרכישת ספקטרום מסה ותמונות של דגימה.
מלטש רטט Vibromet 2Buehler67-1635-160שלב ליטוש סופי

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Szklarska-Smialowska, Z. Pitting corrosion of aluminum. Corrosion Science. 41, 1743-1767 (1999).
  2. 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).
  3. Linford, M. R. An introduction to time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). Vacuum Technology & Coating. , (2014).
  4. Cushman, C., et al. A pictorial view of LEIS and ToF-SIMS instrumentation. Vacuum Technology & Coating. , 27-35 (2016).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Kozole, J., Winograd, N. Cluster Secondary Ion Mass Spectrometry. Surface Analysis and Techniques in Biology. Smentkowski, V. S. , Springer International Publishing. Cham, Heidelberg, New York, Dordrecht, London. 71-98 (2014).
  14. Tyler, B. J., Rayal, G., Castner, D. G. Multivariate analysis strategies for processing ToF-SIMS images of biomaterials. Biomaterials. 28 (15), 2412-2423 (2007).
  15. Song, W., et al. Corrosion behaviour of extruded AM30 magnesium alloy under salt-spray and immersion environments. Corrosion Science. 78, 353-368 (2014).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Zhang, H. Surface characterization techniques for polyurethane biomaterials. Advances in Polyurethane Biomaterials. Cooper, S. L., Guan, J. , Woodhead Publishing. 23-73 (2016).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

ToF SIMSCorrosion AnalysisChemical MappingSurface Ion ImagingAluminum AlloySalt Solution ExposureSurface Sensitivity

מאמרים קשורים