Artykuł metodologiczny

Określanie składu chemicznego inhibitora korozji/granicy faz metalu za pomocą XPS: minimalizacja utleniania po zanurzeniu

DOI:

10.3791/55163

⸱

15 marca 2017

 ,  ,  ,  ,  , 
1Corrosion and Protection Centre, School of Materials, The University of Manchester, 2Laboratorio de Caracterización de Materiales Sintéticos y Naturales, Instituto Mexicano del Petróleo, 3Departamento de Metalurgia y Materiales, Instituto Politécnico Nacional

W tym artykule

Podsumowanie

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

Przedstawiono protokół unikania utleniania substratów metalicznych podczas przenoszenia próbki z inhibitowanego roztworu kwaśnego do rentgenowskiego spektrometru fotoelektronów.

Streszczenie

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

Opisano podejście do pozyskiwania bardziej wiarygodnych danych z rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronowej z granicy faz inhibitor korozji i metal. Dokładniej rzecz ujmując, nacisk kładziony jest na podłoża metalowe zanurzone w kwaśnych roztworach zawierających organiczne inhibitory korozji, ponieważ systemy te mogą być szczególnie wrażliwe na utlenianie po usunięciu z roztworu. Aby zminimalizować prawdopodobieństwo takiej degradacji, próbki wyjmuje się z roztworu w komorze rękawicowej przedmuchiwanej gazem obojętnym,N2 lub Ar. Schowek rękawicowy jest bezpośrednio przymocowany do zamka obciążeniowego ultra-wysokopróżniowego przyrządu do rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów, co pozwala uniknąć narażenia na działanie otaczającej atmosfery laboratoryjnej, a tym samym zmniejsza możliwość utleniania substratu po zanurzeniu. Na tej podstawie można być bardziej pewnym, że obserwowane cechy rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów mogą być reprezentatywne dla scenariusza zanurzenia in situ, np. stopień utlenienia metalu nie ulega zmianie.

Wprowadzenie

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

Inhibitory korozji (CIs) to substancje, które po wprowadzeniu do agresywnego środowiska zmniejszają szybkość korozji materiału metalowego, wywołując zmianę na granicy faz ciało stałe/ciecz1,2,3,4,5. Takie podejście do kontroli korozji jest szeroko stosowane w przemyśle, a wysokowydajne elementy konstrukcyjne zostały z powodzeniem opracowane do różnych zastosowań. Pozostaje jednak znaczny brak fundamentalnego zrozumienia wydajności CI, co utrudnia optymalizację opartą na wiedzy. Na przykład dokładna natura granic faz tworzonych przez organiczne CI w korozyjnych roztworach kwasowych jest nadal niejasna.

Biorąc pod uwagę założenie, że organiczne CI hamują korozję kwasową poprzez tworzenie zaadsorbowanej warstwy 2-D2, do scharakteryzowania tych interfejsów wymagana jest technika czuła na powierzchnię. W związku z tym rentgenowska spektroskopia fotoelektronów (XPS)6 pojawiła się jako technika z wyboru do badania składu pierwiastkowego/chemicznego tych interfejsów ex situ7,8,9; Pomiary XPS są zwykle wykonywane w próżni ultrawysokiej (UHV) lub w jej pobliżu. Twierdzono o różnych spostrzeżeniach, w tym o tym, że na powierzchni występuje tlenek lub wodorotlenek, który ułatwia wiązanie organicznego CI z metalicznym podłożem10,11,12. Wiarygodność tego opisu interfejsu jest jednak wątpliwa, ponieważ dane XPS uzyskano z próbek, które zostały wystawione na działanie atmosfery laboratoryjnej pomiędzy usunięciem z roztworu inhibitowanego a wprowadzeniem do spektrometru UHV-XPS. Taka procedura może prowadzić do utleniania granic faz, podważając wnioski dotyczące składu chemicznego interfejsu. Wymagane jest alternatywne podejście, które minimalizuje ryzyko utleniania po zanurzeniu.

W tym artykule szczegółowo opisujemy metodologię zaprojektowaną tak, aby umożliwić pozyskiwanie danych XPS z interfejsów organiczny-CI/metal, które nie uległy utlenieniu po emersji z kwaśnego roztworu. Zastosowano komorę rękawicową, przedmuchiwaną gazem obojętnym, która jest przymocowana bezpośrednio do blokady próżniowej przyrządu UHV-XPS. Użyteczność naszego podejścia jest weryfikowana poprzez prezentację danych XPS z dwóch granic faz organiczno-CI/węglowo-węglowych utworzonych po dodaniu wystarczającej ilości CI w celu znacznego zmniejszenia szybkości korozji podłoża w wodnym roztworze 1 M kwasu solnego (HCl).

Protokół

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

1. Przygotowanie substratu/roztworu

  1. Przygotowanie podłoża ze stali węglowej
    1. Wytnij tarczę o grubości około 2 - 3 mm z cylindrycznego pręta ze stali węglowej (o średnicy 10 ± 2 mm) za pomocą precyzyjnej maszyny do cięcia. Podczas cięcia należy stosować płyn chłodzący, aby zminimalizować uszkodzenia mechaniczne.
    2. Zmielić zarówno okrągłe powierzchnie, jak i krawędź próbki w kształcie dysku za pomocą serii papierów SiC, tj. ziarnistości 600, 800, 1,200, 2,400 i 4,000.
    3. Wypolerować zarówno okrągłe powierzchnie, jak i krawędź próbki w kształcie dysku pastą diamentową lub proszkiem tlenku glinu (3 μm i/lub 1 μm) aż do uzyskania lustrzanego wykończenia.
    4. Sonikować próbkę w temperaturze pokojowej przez około 10 minut w każdym z następujących sposobów: woda dejonizowana, aceton, etanol i na koniec ponownie woda dejonizowana.
    5. Wysuszyć wszystkie powierzchnie próbki pod strumieniem powietrza.
    6. Przechowywać próbkę w eksykatorze lub eksykatorze próżniowym do czasu, gdy będzie to wymagane. Najlepiej zakończyć przygotowanie podłoża ze stali węglowej tuż przed zanurzeniem w roztworze.
  2. Przygotowanie inhibitowanego 1 M roztworu HCl
    1. Dodaj 10,2 M HCl do wody dejonizowanej, aby uzyskać 1 M roztwór HCl. UWAGA: HCl jest szkodliwy i. Wykonaj ten krok pod wyciągiem, nosząc odpowiednie środki ochrony osobistej.
    2. Rozpuścić x g wybranego organicznego CI (np. x = 0,300 g 2-merkaptobenzimidazolu) w 1 M roztworze HCl w celu otrzymania 1 M roztworu HCl zawierającego x mM organicznego CI (np. x = 2 mM 2-merkaptobenzimidazolu).

2. Zanurzenie substratu w roztworze kwasu inhibitowanego

  1. Wlać niewielką objętość (zwykle 25 - 50 ml) 1 M HCl + x mM (np. x = 2 mM 2-merkaptobenzimidazolu) organicznego CI do małej szklanej zlewki.
  2. Pobrać próbkę ze stali węglowej w kształcie dysku za pomocą pęsety ceramicznej lub plastikowej, która jest odporna na 1 M HCl. Dotykaj tylko krawędzi próbki pęsetą.
  3. Wprowadzić próbkę do szklanej zlewki zawierającej 1 M HCl + x x mM organiczny roztwór CI. Ustawić próbkę tak, aby ściany cylindryczne znajdowały się w płaszczyźnie pionowej. Umieścić próbkę bezpośrednio na dnie zlewki lub na otwartym końcu krótkiej szklanej rurki. Upewnij się, że próbka jest całkowicie zanurzona.

3. Transfer próbki

  1. Przygotowanie schowka na rękawiczki
    1. Zlokalizuj okrągły otwór do przenoszenia próbek w podstawie schowka na rękawiczki na kołnierzu blokującym obciążenie XPS. Upewnij się, że uszczelka między komorą rękawicową a kołnierzem blokady obciążenia jest prawidłowo uformowana.
    2. Podłączyć schowek na rękawiczki do butli z gazem obojętnym (N2 lub Ar).
    3. Przyklej mały kwadrat dwustronnej taśmy węglowej (przewodzącej) do pręta próbki XPS.
    4. Włożyć sprzęt wymagany do przeniesienia próbki do instrumentu XPS przez otwarty port w schowku podręcznym, tj. próbkę z dołączoną taśmą węglową, pęsetę plastikową/ceramiczną, rękawice nitrylowe, chusteczki laboratoryjne, plastikową folię parafinową, pustą/suchą butelkę do mycia z dziobkiem i szklaną zlewkę zawierającą ~ 200 g proszku Na2CO3 .
    5. Umieścić szklaną zlewkę zawierającą próbkę stali węglowej w 1 M roztworze organicznym HCl + x mM (np. x = 2 mM 2-merkaptobenzimidazolu) w komorze rękawicowej. Upewnij się, że próbka jest zawsze całkowicie zanurzona na tym etapie.
    6. Uszczelnij wszystkie porty/punkty wejścia w schowku podręcznym i rozpocznij przedmuchiwanie za pomocą N2 (lub Ar).
    7. Ciągle czyść schowek w desce rozdzielczej, aż do zakończenia przenoszenia próbki.
  2. Od roztworu do studzienki analitycznej XPS
    1. Pozostawić próbkę zanurzoną w roztworze 1 M HCl + x mM organic-CI przez żądany okres zanurzenia, np. 4 godziny, jak to ma miejsce w przypadku danych XPS przedstawionych poniżej.
    2. Sprawdź, czy wilgotność względna w schowku rękawicowym jest zminimalizowana, co zwykle osiąga się po 60 - 90 minutach od rozpoczęcia oczyszczania. Przed przystąpieniem do przenoszenia próbki wymagana jest wartość 8% wilgotności względnej; Wartość przed przedczyszczeniem wynosi zwykle 35 - 40%.
      UWAGA: Zwykle w schowku rękawicowym nie ma dedykowanego czujnikaO2, ale pomiary próbne z takim urządzeniem wskazują, że procedura przedmuchiwania prowadzi do zmniejszenia stężeniaO2 o współczynnik ~ 1,000.
    3. Wprowadź dłonie do rękawic schowka, a następnie przykryj dłonie w rękawiczkach rękawicami nitrylowymi znajdującymi się w schowku. Ten etap zmniejsza możliwość zanieczyszczenia podczas obchodzenia się z próbką, a także zwiększa łatwość manipulowania próbką.
    4. Usunąć próbkę stali węglowej z 1 M HCl + x mM (np. x = 2 mM 2-merkaptobenzimidazolu) organicznego CI za pomocą pęsety ceramiczno-plastikowej. Dotykaj tylko krawędzi próbki pęsetą.
    5. Natychmiast po wywietrzeniu próbki należy wydmuchać do sucha, kierując strumień gazu obojętnego, wytwarzanego przez wielokrotne wyciskanie pustej/suchej butelki do mycia znajdującej się w schowku rękawicowym, na powierzchnie próbki.
      UWAGA: Płukanie rozpuszczalnikami na tym etapie nie jest podejmowane w celu zminimalizowania możliwości uszkodzenia hamowanej granicy faz, np. usunięcia inhibitora lub utlenienia granicy faz
      6. .
    6. Przykrywa zlewka zawierająca 1 M roztwór HCl + x mM organic-CI z folią parafinową z tworzywa sztucznego.
    7. Przymocuj próbkę do małego kwadratu dwustronnej taśmy węglowej (przewodzącej) przymocowanej do pręta XPS na próbkę. Nie dotykaj powierzchni, która ma być badana przez XPS.
    8. Odpowietrzyć komorę blokady obciążenia XPS do N2/Ar. Upewnij się, że powiązana kombinacja turbo/pompy rotacyjnej jest wyłączona przed wykonaniem tej czynności.
    9. Otwórz kołnierz blokady obciążenia.
    10. Przenieść pręt do pobierania próbek do komory z blokadą obciążenia i wsunąć go na bolec do przytrzymania próbki.
    11. Zamknij kołnierz blokady obciążenia.
    12. Włącz kombinację turbo/pompa rotacyjna, aby odpompować komorę z blokadą obciążenia.
    13. Gdy ciśnienie w komorze z blokadą obciążenia osiągnie co najmniej ~ 5 x 10-7 mbar, ręcznie przenieś próbkę do komory pośredniej za pomocą ramienia transferowego.
    14. Poczekaj, aż ciśnienie w komorze pośredniej osiągnie ~ 1 x 10-8 mbar, a następnie użyj drugiego ramienia transferowego, aby ręcznie przenieść próbkę do manipulatora próbek w komorze analitycznej.

4. Akwizycja danych XPS

  1. Ustawić kąt próbki, używając klawiatury do sterowania silnikami manipulatora próbek, do żądanego kąta emisji fotoelektronów, np. 0° (emisja wzdłuż normalnej powierzchni), zgodnie z danymi XPS przedstawionymi poniżej.
  2. Otwórz oprogramowanie do akwizycji danych XPS, klikając ikonę znajdującą się na pulpicie. Otwórz okno Sterowanie ręczne instrumentu.
  3. Wprowadź 10 mA i 15 kV jako wartości odpowiednio dla parametrów emisji anody i anody HT. Następnie kliknij przycisk "ON" w sekcji "X-ray Gun", aby włączyć monochromatyczne źródło promieniowania rentgenowskiego Al Kα. Następnie kliknij przycisk "ON" w sekcji "Neutralizator", aby włączyć neutralizator ładowania.
  4. Wybierz tryb pomiaru "Widmo/Hybryda" analizatora elektronów z menu rozwijanych "Tryb" i "Obiektyw" w sekcji "Analizator".
  5. Wprowadź żądane zakresy energii kinetycznej/wiązania, energię przejścia, rozmiar kroku i czas przebywania w sekcji "Kontrola akwizycji/skanowania". Przykładowe wartości parametrów wejściowych: zakres energii wiązania 1,200 - 0 eV, energia przejścia 80 eV, rozmiar kroku 0,5 eV i czas przebywania 0,1 s w celu uzyskania widm przeglądowych.
  6. Zoptymalizuj pozycję próbki, dostosowując położenie manipulatora próbki, używając klawiatury do sterowania silnikami manipulatora próbek, aby zmaksymalizować sygnał z wybranego poziomu rdzenia, np. C 1s lub Fe 2p.
  7. Uzyskaj widma XPS, inicjując zbieranie danych w oprogramowaniu do akwizycji danych XPS.

Wyniki

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

Rysunek 1 pokazuje przegląd, dane XPS O 1s i Fe 2p uzyskane z próbek stali węglowej, które zostały zanurzone na 4 godziny w jednym z dwóch różnych roztworów organicznych CI 1 M HCl + x mM i przeniesione do pomiaru XPS, jak opisano powyżej. Wyświetlane są również analogiczne dane z wypolerowanej próbki. Stal węglowa posiadała nominalny skład wagowy C (0,08-0,13), Mn (0,30-0,50), P (0,04), S(0,05) i Fe (równowaga). Dwa badane organiczne CI to: 2-merkaptobenzimidazol (MBI) i (Z)-2-2(2-(oktadec-9-en-1-ylo)-4,5-dihydro-1 H-imidazolo-1-ylo)etanoamina (OMID). Przy zastosowanych stężeniach (MBI: 2 mM; OMID: 1 mM) pomiary szybkości korozji13,14 wskazują, że wszystkie gatunki znacząco hamują korozję stali węglowej, tj. skuteczność hamowania (η%)2> 90%. Wyświetlane są również najlepsze dopasowania do profili spektralnych O 1s i Fe 2p. Piki fotoelektronów modelowano za pomocą funkcji kształtu linii Gaussa-Lorentza (GL) (30% Lorentza), z wyjątkiem poziomu Fe 2p metalicznego żelaza, gdzie zastosowano asymetryczny kształt linii Lorentza z tłumieniem ogona (LF). Kationowe stany Fex+ modelowano za pomocą wielopletowych obwiedni składających się z 3 i 4 funkcji GL dla Fe2+ i Fe3+ odpowiednio15. Funkcja typu Shirley16 została użyta do opisania tła nieelastycznie rozproszonych elektronów.

Skupiając się na ogólnych danych XPS (Rysunek 1 (a)), widmo uzyskane z wypolerowanej próbki wykazuje trzy wyraźne szczyty, tj. Fe 2p, O 1s i C 1s. Cechy te można przypisać w następujący sposób: Fe2p powstaje ze stali węglowej, O 1s pochodzi zarówno z powierzchniowego filmu tlenkowego, jak i adsorbatów, a sygnał C 1s jest spowodowany przypadkowym węglem. Zanurzenie w którymkolwiek z 1 M HCl + x x mM organicznych CI powoduje znaczące zmiany w odpowiednim spektrum ogólnym. Pojawia się cecha przypisana do poziomu rdzenia N 1s, która jest zgodna z adsorpcją powierzchniową inhibitorów; Zarówno MBI, jak i OMID zawierają N. Co więcej, sygnał poziomu rdzenia O1s jest znacznie osłabiony.

Jeśli chodzi o dane O 1s z polerowanego podłoża (Rysunek 1 (b)), profil może być wyposażony w cztery komponenty. Dwa składniki o niższych energiach wiązania (BE), ~ 530,0 eV i ~ 531,3 eV, można przypisać odpowiednio do faz tlenku żelaza (O2-) i wodorotlenku (OH-). Dwa składniki o wyższej energii wiązania, oznaczone jako O1 (BE ~ 532,2 eV) i O2 (BE ~ 533,3 eV), są prawdopodobnie związane z zaadsorbowanymi OH (O1) i przypadkowymi gatunkami węgla (O1 i O2)17. Zanurzenie w jednym z 1 M HCl + x x mM organicznych CI prowadzi do całkowitego wygaszenia składników O2 i OH. Na tej podstawie można stwierdzić, że inhibitory korozji są adsorbowane na powierzchniach wolnych od tlenków/wodorotlenków. Widma Fe2p na rysunku 1 (c) są zgodne z tym wynikiem, ponieważ na inhibitowanych podłożach widoczny jest tylko metaliczny pik Fe (Fe0). Cechy Fe2+ i Fe3+ są obecne na wypolerowanej próbce ze względu na powierzchniowy tlenek/wodorotlenek.

O 1s i widma XPS na poziomie rdzenia Fe 2p z dwóch próbek stali węglowej zanurzonych w 1 M HCl + 2 mM MBI są porównane na rysunku 2. Jedną próbkę przeniesiono przy użyciu całkowicie oczyszczonej komory rękawicowej N2, podczas gdy drugą wyjęto z roztworu do częściowo oczyszczonej komory rękawicowej N2, tj. stężenieO2 było znacznie wyższe niż wartość docelowa. W przypadku tej ostatniej próbki oczywiste jest, że nastąpiło utlenianie po zanurzeniu, tj. obecne są cechy Fe2+/3+ i O2-/OH-.

Wykresy widm XPS przedstawiające analizę energii wiązania Fe 2p, O 1s i N 1s z dopasowaniem spektralnym.
Rysunek 1. Widma XPS z wypolerowanych i zainhibitowanych próbek stali węglowej. (a) Przegląd, (b) widma O 1s i (c) Fe 2p XPS. Dane przedstawione w każdym panelu uzyskano z próbek stali węglowej, które zanurzono na 4 godziny w jednym z dwóch różnych roztworów organicznego CI 1 M HCl + x mM, tj. 2 mM MBI i 1 mM OMID. Wszystkie widma zostały uzyskane przy kącie emisji fotoelektronów (θE) wynoszącym 0° (emisja wzdłuż normalnej powierzchni). Dla b) i c) wyświetlane są również najlepsze dopasowania (jasnoniebieskie znaczniki) do danych doświadczalnych (czarne ciągłe linie), osiągnięte za pomocą kombinacji funkcji GL (przerywane czerwone linie), LF (przerywane czerwone linie) i typu Shirleya (łamane szare linie). Etykiety pików są wyjaśnione w tekście głównym. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

widma XPS pików O1s i Fe 2p; efekty przedmuchiwania azotem; analiza stopnia utlenienia; wykres.
Rysunek 2. Wpływ utleniania zanurzeniowego na widma XPS. a) widma O 1s i b) Fe 2p XPS. Dane uzyskano z próbek stali węglowej, które zanurzono w roztworach 1 M HCl + 2 mM MBI (η% = 99%) przez 4 godziny. Widma uzyskano przy θE = 0°. W każdym panelu dolne (górne) widmo pochodzi z próbki przeniesionej przez całkowicie (częściowo) oczyszczoną komorę rękawicową N2. Etykiety pików są wyjaśnione w tekście głównym. (Zmodyfikowana wersja rys. 5 w odnośniku 9.) Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dyskusja

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

Widma XPS przedstawione na rysunkach 1 i 2 wyraźnie pokazują, że obojętna atmosfera stosowana podczas przenoszenia próbki jest niezbędna, aby uniknąć utleniania po zanurzeniu tych granic faz ze stali węglowej/organicznej CI. Na tej podstawie należy krytycznie ponownie ocenić wyniki innych podobnych badań XPS (np. 18,19), które obejmowały ekspozycję inhibitowanego substratu na otaczającą atmosferę laboratoryjną, ponieważ chemia granicy faz mogła zostać zmodyfikowana przez utlenianie. Należy zauważyć, że nie ma powodu, aby zakładać, że wszystkie organiczne CI adsorbują się na powierzchniach wolnych od tlenków/wodorotlenków w kwaśnym roztworze. W niektórych przypadkach takie fazy mogą rzeczywiście ułatwiać wiązanie powierzchniowe organicznych implantów ślimakowych. Odróżnienie tego scenariusza od utleniania po zanurzeniu nie jest takie proste. Jednym z możliwych rozwiązań jest pozyskanie danych XPS z referencyjnego interfejsu z blokadą (np. 1 M HCl + 2 mM MBI) w połączeniu z próbką będącą przedmiotem zainteresowania, aby sprawdzić, czy utlenianie po zanurzeniu nie stanowi problemu.

Aby zapewnić pomyślny wynik procedury przenoszenia próbki, konieczne jest całkowite przedmuchiwanie komory rękawicowej gazem obojętnym (N2/Ar), co oznacza, że stężenieO2 w komorze rękawicowej jest zminimalizowane. Należy zwrócić uwagę na to, czy wszystkie uszczelki na portach/punktach wejścia schowka na rękawiczki są prawidłowo uformowane, w tym uszczelka między komorą rękawicową a kołnierzem blokady obciążenia XPS. Idealnie byłoby, gdyby czujnik in situ był używany do bezpośredniego monitorowania stężeniaO2 , chociaż nie jest to konieczne, jak wykazały nasze własne prace. Jak wskazano w kroku 3.3.2, zwykle używamy czujnika wilgotności względnej jako wskazówki, kiedy należy przeprowadzić transfer próbki.

Kolejnym potencjalnym problemem związanym ze środowiskiem komory rękawicowej jest obecność lotnych składników roztworu, które mogą zanieczyścić powierzchnię próbki po wyjęciu z roztworu i przed włożeniem do blokady obciążenia. Na przykład obecność 1 M roztworu HCl w komorze rękawicowej prowadzi do wydzielania się pary HCl, która może reagować z próbkami stali węglowej, prowadząc do przypadkowego sygnału Cl w danych XPS. Aby zminimalizować prawdopodobieństwo, że takie zanieczyszczenie jest znaczące, należy stosować małe objętości roztworu HCl, a przenoszenie próbki powinno zostać zakończone tak szybko, jak to możliwe. Na tej podstawie, jak wskazano w protokole, zazwyczaj tylko jedna zlewka/próbka jest wkładana do schowka w celu przeniesienia próbki w danym momencie. Ponadto należy zminimalizować powierzchnię roztworu HCl, a także przykryć zlewkę po wydrążeniu próbki. Na2proszek CO3 (krok 3.1.4) wprowadza się do schowka rękawicowego w celu kontrolowania ilości oparów HCl. Ponadto może być używany do usuwania wszelkich rozlanych kwaśnych roztworów.

Oprócz dokładnej kontroli środowiska komory rękawicowej, obsługa próbek ma również kluczowe znaczenie dla integralności uzyskanych widm XPS. Nie należy pozyskiwać danych XPS z żadnej powierzchni, która miała kontakt z jakimkolwiek ciałem stałym, np. pęsetą lub rękawicą. Ponadto, po wyjęciu próbki z roztworu, należy ją natychmiast przedmuchnąć gazem obojętnym (etap 3.2.5). Procedura ta jest podejmowana w celu zapobieżenia parowaniu, a następnie fizycznemu osadzaniu się składników roztworu na powierzchni próbki, co może prowadzić do błędnej interpretacji danych. Jako dodatkowy środek ostrożności można również rozważyć wymianę rękawic nitrylowych (etap 3.2.3) na nową parę rękawic w celu przeniesienia pręta próbkującego do komory z blokadą obciążenia, tj. przed krokiem 3.1.10.

Wreszcie, biorąc pod uwagę skuteczność przedstawionego tutaj podejścia, spodziewamy się, że zostanie ono zastosowane do innych tematów związanych z korozją (tj. oprócz hamowania korozji), w których pozyskiwanie danych XPS z interfejsów wrażliwych na powietrze przyczyniłoby się do lepszego zrozumienia. Co więcej, takie podejście powinno być brane pod uwagę w innych dziedzinach, w których pomiary XPS są wykonywane z wrażliwych na powietrze granic faz utworzonych w płynnym środowisku. Oczywiście procedura ta nie jest ograniczona do XPS, ale może być również zastosowana do każdego innego pomiaru opartego na UHV z powierzchni, która została wcześniej zanurzona w cieczy, np. mikroskopii z sondą skanującą.

Oświadczenia

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

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Podziękowania

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

Praca była wspierana przez AkzoNobel poprzez umowę o współpracy z Uniwersytetem w Manchesterze. PMG jest wdzięczna Fondo Sectorial CONACYT - SENER Hidrocarburos oraz Instituto Mexicano de Peteróleo za wsparcie finansowe. TB dziękuje Mellitah Oil & Gas Company za sfinansowanie jej stypendium. KK dziękuje za wsparcie finansowe ze strony EPSRC (EP/L01680X/1) za pośrednictwem Centrum Materiałów dla Wymagających Środowisk dla Kształcenia Doktorantów. PAL dziękuje CONACYT za wsparcie finansowe jej pobytu w Manchesterze. Na koniec wszyscy autorzy dziękują Benowi Spencerowi za jego wsparcie techniczne i porady.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Stal miękka C1010RCSL, BAC Corrosion Control Ltd.n/a Żelazo
polikrystaliczne 99,99+%Goodfellow Cambridge Ltd.
Bibułki szlifierskie z węglika krzemuSpectrographic LimitedT13316, T13317, T13318, T13156, T13153
Ściereczka polerskaSpectrographic Limited
Monokrystaliczny związek diamentuSpectrographic LimitedG22003
OmegaPol TWIN 250 mm Polerka metalurgicznaSpectrographic Limitedn/a
BRILLANT 220 - Maszyna do cięcia na mokro ścierniwaATM GmbH Zaawansowana materiałografianie dotyczy Kąpiel ultradźwiękowa
NICKEL-ELECTRO LTD.SW3H
Opalarka, D100/200 MfgMar Equipment Ltdn/a
DURAN24 782 57
Zlewka o niskim kształcie 25 mlFisher ScientificFB33170 Regulator do
butli gazowych N2Freshford Ltd.MS-10B-N2
Schowek na rękawice do usuwania azotuTerra Universal, Incn/a
System podwójnego oczyszczaniaTerra Universal, Inc1606-61
System NitroWatch z czujnikiemTerra Universal, Inc9500-00A, 9500-02A
SEFRAM LOG 1620 Rejestrator danych, 50000SEFRAM2475144 firmy Farnell Element14
Duży digit higrotermometrFLIR Commercial Systems, Inc. Dział Extech Instruments445703
Kratos Axis UltraKratos Analytical Ltdn/a
FE007948 Eksykator próżniowy

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sastri, V. S. Corrosion Inhibitors: Principles and Applications. , Wiley. Chichester. (1998).
  2. Lindsay, R., Lyon, S. B., et al. Introduction to Control of Corrosion by Environmental Control. In: Shreir's Corrosion, Vol. 4, Management and Control of Corrosion. Cottis, R. A. , Elsevier. Amsterdam. 2891-2899 (2010).
  3. Oguzie, E. E., Li, Y., Wang, S. G., Wang, F. Understanding corrosion inhibition mechanisms - Experimental and theoretical approach. RSC Advances. 1 (5), 866-873 (2011).
  4. Kokalj, A., Peljhan, S., Finšgar, M., Milošev, I. What determines the inhibition effectiveness of ATA, BTAH, and BTAOH corrosion inhibitors on copper? Journal of the American Chemical Society. 132 (46), 16657-16668 (2010).
  5. Kokalj, A. Formation and structure of inhibitive molecular film of imidazole on iron surface. Corrosion Science. 68, 195-203 (2013).
  6. Briggs, D., Seah, M. P. Practical surface analysis: by auger and x-ray photo-electron spectroscopy. 1, second ed, Wiley. Chichester. (1996).
  7. Finšgar, M., Jackson, J. Application of corrosion inhibitors for steels in acidic media for the oil and gas industry: A review. Corrosion Science. 86, 17-41 (2014).
  8. Finšgar, M. 2-Mercaptobenzimidazole as a copper corrosion inhibitor: Part II. Surface analysis using X-ray photoelectron spectroscopy. Corrosion Science. 72, 90-98 (2013).
  9. Morales-Gil, P., Walczak, M. S., Cottis, R. A., Romero, J. M., Lindsay, R. Corrosion inhibitor binding in an acidic medium: Interaction of 2-mercaptobenizmidazole with carbon-steel in hydrochloric acid. Corrosion Science. 85, 109-114 (2014).
  10. Olivares-Xometl, O., Likhanova, N. V., Martínez-Palou, R., Domínguez-Aguilar, M. A. Electrochemistry and XPS study of an imidazoline as corrosion inhibitor of mild steel in an acidic environment. Materials and Corrosion. 60 (1), 14-21 (2009).
  11. Flores, E. A., et al. Sodium phthalamates as corrosion inhibitors for carbon steel in aqueous hydrochloric acid solution. Corrosion Science. 53 (12), 3899-3913 (2011).
  12. Zarrok, H., et al. Corrosion control of carbon steel in phosphoric acid by purpald - Weight loss, electrochemical and XPS studies. Corrosion Science. 64, 243-252 (2012).
  13. Morales-Gil, P., et al. Corrosion inhibition of carbon-steel with 2-mercaptobenzimidazole in hydrochloric acid. Corrosion Science. 101, 47-55 (2015).
  14. Popova, A., Christov, M., Raicheva, S., Sokolova, E. Adsorption and inhibitive properties of benzimidazole derivatives in acid mild steel corrosion. Corrosion Science. 46 (6), 1333-1350 (2004).
  15. Gupta, R. P., Sen, S. K. Calculation of multiplet structure of core p -vacancy levels II. Physical Review B. 12 (1), 15-19 (1975).
  16. Shirley, D. A. High-resolution x-ray photoemission spectrum of the valence bands of gold. Physical Review B. 5 (12), 4709-4714 (1972).
  17. Al-Refaie, A. A., Walton, J., Cottis, R. A., Lindsay, R. Photoelectron spectroscopy study of the inhibition of mild steel corrosion by molybdate and nitrite anions. Corrosion Science. 52 (2), 422-428 (2010).
  18. Liu, X., et al. The study of self-assembled films of triazole on iron electrodes using electrochemical methods, XPS, SEM and molecular simulation. Electrochemistry Communications. 9 (4), 813-819 (2007).
  19. Zhang, H., et al. Corrosion inhibition of mild steel in hydrochloric acid solution by quaternary ammonium salt derivatives of corn stalk polysaccharide (QAPS). Desalination. 372, 57-66 (2015).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Analiza XPSinterfejs metalicznyprzeniesienie w komorze r kawicowejp ukanie gazem oboj tnymultrawysoka pr niazanurzenie w roztworze kwasowympod o e ze stali w glowejroztw r kwasu solnego

Powiązane artykuły