Summary
Для демонстрации химического картирования и морфологии коррозии на интерфейсе металлической краски алюминиевого сплава после воздействия солевого раствора по сравнению с образцом, воздействию воздуха, применяется вторичная ионный масс-спектрометрия.
Abstract
Коррозионная разработана на краски и алюминия (Al) металл-краска интерфейс алюминиевого сплава анализируется с помощью времени полета вторичных ионов масс спектрометрии (ф-Симс), иллюстрирующие, что SIMS является подходящей техникой для изучения химического распределения на металл-краска интерфейс. Окрашенные купоны сплава Al погружены в солевой раствор или воздействию воздуха только. SIMS обеспечивает химическое отображение и двухмерную молекулярную визуализацию интерфейса, позволяя непосредственно визуализировать морфологию коррозионной продукции, образную в интерфейсе металлической краски, и картографирование химического вещества после возникновения коррозии. Экспериментальная процедура этого метода представлена для предоставления технических сведений для облегчения аналогичных исследований и выделения ловушек, которые могут возникнуть в ходе таких экспериментов.
Introduction
Al сплавы имеют широкое применение в инженерных структурах, таких как в морской технологии или военной автомобильной, связано с их высокой прочности к весу соотношение, отличная формапригодность, и устойчивость к коррозии. Однако локализованная коррозионно-сплавы по-прежнему является распространенным явлением, которое влияет на их долгосрочную надежность, долговечность и целостность в различных экологических условиях1. Лакокрасочного покрытия является наиболее распространенным средством для предотвращения коррозии. Иллюстрация коррозии, разработанной на стыке металла и лакокрасочного покрытия, может обеспечить понимание в определении соответствующего средства для предотвращения коррозии.
Коррозии Аль сплавов может происходить через несколько различных путей. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФС) и сканирующая электронная микроскопия/энергия-диспергирующая рентгеновская спектроскопия (Рэм/ЭДХ)-это два широко применяемых метода микроанализа поверхности для исследования коррозии. Рфэс может обеспечить элементарное отображение, но не holist молекулярный вид поверхности химической информации2,3, в то время как сем/EDX обеспечивает морфологическую информацию и элементарное отображение, но с относительно низкой чувствительностью.
Ф-Симс является еще одним поверхностным инструментом для химического картирования с высокой точностью и боковым разрешением. Он имеет низкий предел обнаружения (ЛОДО) и способен выявить распределение видов коррозии, сформированных на интерфейсе металл-краски. Как правило, масса разрешение Sims может достигать 5000-15000, достаточных для различения Изобарный ионов4. С помощью своего субмикронного пространственного разрешения, ф-Симс может химически изображение и характеризовать интерфейс металл-краски. Она обеспечивает не только морфологическую информацию, но и боковое распределение молекулярных видов коррозии в верхних нескольких нанометрах поверхности. Ф-Симс предлагает дополнительную информацию для РФЭС и Рэм/EDX.
Для демонстрации способности ф-Симс в характеристиках поверхности и визуализации коррозионного интерфейса, анализируются два расписных сплава Al (7075), один из которых подвергается воздействию только воздуха, а другой-солевой раствор (рис. 1 и Рисунок 2). Понимание коррозионного поведения на металл-краска интерфейс подвергается соленых условие имеет решающее значение для понимания эффективности сплава Al в морской среде, например. Известно, что образование Аль (OH)3 происходит во время воздействия Al на морскую воду5, но изучение Аль коррозии по-прежнему не хватает всеобъемлющей молекулярной идентификации коррозии и покрытия интерфейса. В этом исследовании обнаружены и идентифицированы фрагменты Аль (OH)3, в том числе «Аль-оксиды» (например, Al3o5-) и оксигидроксид (например, Al3o6H2). Сравнение спектра симов масс (рис. 3) и молекулярных изображений (рис. 4) отрицательных ионов Al3o5- и Al3o6H2- обеспечивают молекулярную доказательства коррозии продуктов формируется на металл-краска интерфейс солевого раствора-обработанные Al сплава купон. SIMS предлагает возможность прояснить сложную химию, происходящих на металл-краска интерфейс, который может помочь пролить свет на эффективность поверхностной обработки в Аль сплавов. В этом подробном протоколе, мы демонстрируем этот эффективный подход в зондировании металла-краска интерфейс, чтобы помочь новым практиков в коррозии исследований с использованием ф-Симс.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Подготовка образца коррозии
-
Al образец фиксации в смоле, и полировка
- Маунт два Аль сплава купоны (1 см х 1 см) с использованием эпоксидной смолы в 1,25 дюйма металлографических чашек и поместить купоны в вытяжки на ночь или до смолы полностью вылечить.
- Возьмите из чашки цилиндров Al смолы из образцов чашки. Польский Аль смолы цилиндров с использованием 240 зернистости бумаги с водой при 300 оборотов в минуту/150 оборотов в минуту в держатель для 1 мин.
- Польский цилиндры Al смолы с использованием полировочной пластины с 15 мкм, 6 мкм, 3 мкм и 1 мкм раствора на водной основе в течение 5 минут (каждый шаг), последовательно.
- Промыть цилиндры Al смолы с деионизированной водой (DI) и отполировать их хлопком.
- Промыть цилиндры Al смолы снова с этанола и поместите их в капот химического дыма, пока они не высохнут.
Примечание: Кроме того, образец может быть высушены с давлением воздуха или азота.
-
Подготовка образца коррозии Al
- Спрей черная краска 2x на каждый цилиндр Аль смолы и пусть они стоят в вытяжки для дыма 24 ч. Краска примерно 100 мкм толщиной.
Примечание: краска является коммерческим продуктом с грунтовкой, смешанной в одной бутылке. Это быстрое высыхание и ржавчина превентивная. - Гравировать четыре параллельные линии (5-6 мм длиной) прямо вниз на верхней части каждого окрашенный Al смолы цилиндр с использованием скальпели. Поместите линии в центре сплавов Al.
- Погрузите один Al смолы цилиндр в pH 8,3 солевой раствор, содержащий Перламуфовый, MgSO4, mgso2, и KCl, с вписать поверхностью вниз. Частично Накройте чашку Петри 10 см х 10 см с крышкой.
Примечание: солевой раствор выполнен из 465 мм нав, 28 мм MgSO4, 25 мм Mgso2, и 3 мм KCl в 50 мл di воды, скорректированные 0,1 M NaOH достичь примерно рН 8,3. Раствор содержит основные ионы в морской воде. Проводимость раствора соли составляет приблизительно 5,5 S/m. Температура раствора составляет 72 °F. - Поместите другой цилиндр Al смолы с вписать поверхностью в чистую чашку Петри и накройте ее крышкой. Держите оба образца в химический капот дыма в течение 3 недель.
- Спрей черная краска 2x на каждый цилиндр Аль смолы и пусть они стоят в вытяжки для дыма 24 ч. Краска примерно 100 мкм толщиной.
-
Экспозиция коррозионного интерфейса и монтажа интерфейса в смоле
- Cut каждого цилиндра Al смолы на две половинки с помощью низкой скорости пилы с бриллиантовым лезвием, перпендикулярно к середине отмеченные линии, и обрезать чрезмерное края смолы.
- Смонтировать все отделанный Al куски сплава в 2 дюйма чашку образца и образуют сборку путем размещения Al куски сплава по кругу, с металлической краской интерфейс вверх. Пространство из каждого сплава Al кусок.
- Повторите шаги 1.1.2-1.1.3.
- Далее польский металл-краска поперечности в вибрационных полотер, прикрепленный к 2 кг веса с использованием 0,05 мкм коллоидного кварцевого раствора на шлифовальную площадку для 4 ч.
- Повторите шаги 1.1.4-1.1.5
Примечание: работа по фиксации и полировке важна для получения достаточного количества сигналов SIMS, потому что неполированная поверхность приведет к низкой интенсивности вторичных ионов и к низкому массовому разрешению во время анализа симов.
-
Покрытие образца с напылением
- Положите полированный металл-краска интерфейс сборки в располне Камера coатер с интерфейсной стороной вверх. Закройте крышку СПИД-Кутер и начать накачать камеру.
- Следуйте регулярной процедуре располни и залезаите 10-Нм золотой (Au) слой на сборке интерфейса металл-краска.
Примечание: Цель этой обработки поверхности образца уменьшить поручая влияние во время анализа SIMS. Если образец проводящий, этот шаг не является необходимым.
2. анализ коррозионного интерфейса металл-краска с использованием ф-Симс
- Загрузка образцов в ф-Симс
- Смонтировать металл-краска интерфейса сборки, содержащей соль раствор обработочного образца и воздух-подвергается контролю на Topmount образца с помощью винтов и клипов.
Примечание: topmount -это имя держателя образца, который удерживает образец в верхней части держателя образца. - Отвинтить блокировку винт на двери блокировки нагрузки, и нажмите кнопку Остановка на окне fpanel из ф-Sims программное обеспечение графический пользовательский интерфейс (GUI), чтобы сорвать нагрузку блокировки камеры.
- Откройте камеру загрузки блокировки, размахивая образец передачи руку вправо, поверните руку передачи против часовой стрелки, пока он не придает PIN-держатель образца Topmount, а затем, повернуть его обратно.
- Поверните руку передачи назад, чтобы закрыть дверь замка нагрузки и затяните блокировку винта на двери, чтобы запечатать блокировку нагрузки.
- Нажмите кнопку Пуск на окне fpanel, чтобы накачать камеру нагрузки блокировки, пока не достигнет ~ 1.0 e-6 mbar или ниже.
- Нажмите кнопку Открыть на окне fpanel, чтобы открыть ворота между основной камерой и замок нагрузки.
- Нажмите на образец передачи руку, прикрепленной с держателя образца в основной камере. Поверните руку передачи против часовой стрелки, пока держатель образца не будет переведен на стадию образца в основной камере.
- Отозвать передачу руку всю дорогу назад, и нажмите кнопку Закрыть на окне fpanel, чтобы закрыть ворота между основной камеры и нагрузки блокировки.
- Выберите Topmount. Shi из меню выпадения всплывающего окна, выберите держатель образцаи щелкните OK. Изображение держателя образца topmount появляется на правой стороне навигатора GUI.
- Подождите, пока уровень вакуума основной камеры достигнет по крайней мере 1.0 E-8 mbar или ниже.
- Смонтировать металл-краска интерфейса сборки, содержащей соль раствор обработочного образца и воздух-подвергается контролю на Topmount образца с помощью винтов и клипов.
- Начало жидкого металлического ионного пистолета (LMIG) и выравнивание ионного луча
- Проверьте ящики Лимг, анализатори освещение в окне управления мощностью до питания жидкого металлического ионного пистолета (limg), анализатора и источника света после того, как образцы передаются в основную вакуумную камеру.
- Проверьте коробку Lmig , показанное на окне fpanel, чтобы активировать вкладку настройки lmig. Нажмите Пуск lmig из подвкладки источника под вкладку limg в окне инструмента , чтобы активировать lmig.
- Выберите предопределенный файл параметров спектрометрии в всплывающем окне настройки нагрузки и нажмите кнопку Open.
Примечание: BI3+ выбран в качестве первичного ионного луча. Энергия LMIG установлена на 25 кв. Ширина измельчителя ЛИМГ установлена до 25 НС. Другие параметры, включая текущие выбросы 1,0 мкA; значение нагрева 2,75 A; супрессор приблизительно 800-1000 V; Экстрактор 10 кв; Источник объектива 3,3 кв; время цикла 100 МКС; масс диапазона 1-870 u. Настройки могут варьироваться в зависимости от модели прибора, оставшегося срока службы LMIG и требования к приобретению конкретных образцов. - Выберите Lmig в всплывающем окне категорий для загрузки, щелкните выбранными кнопками и щелкните OK.
Примечание: для полного запуска ЛИМГ требуется приблизительно 5 минут. - Выберите положительное из выпадением меню установки прибора в fpanel, чтобы определить ионы, которые будут обнаружены.
Примечание: при измерении отрицательных ионов выберите отрицательный из меню. - Выберите предопределенный файл настроек анализатора после нажатия кнопки настроек загрузки в fpanel для активации анализатора.
Примечание: ускорение анализатора устанавливается на 9,5 кв; Энергия анализатора установлена на 2 кв; детектор установлен в 9 кв. Настройки анализатора могут меняться в зависимости от конфигурации различных моделей SIMS. - Выберите Кубок Фарадея из меню падения курсора в GUI- навигаторе . Щелкните вперед , чтобы переместить сцену в чашку Фарадея.
Примечание: Переместите сцену к чашке Фарадея для целевого текущего измерения. - Выберите микро вид из списка выпадения видео в навигаторе GUI для просмотра положения чашки Фарадея.
- Щелкните центр чашки Фарадея под микро -View в навигаторе GUI и выберите Drive к отмеченной позиции из меню «капля-вниз» после того, как право щелкнув окно первичной пушки SE/Si в навигаторе Gui.
- Выберите 20 мкм х 20 мкм из меню «капля-вниз» для указания Растера поля зрения после правой щелчки окна первичной пушки SE/Si в навигаторе GUI.
- Нажмите кнопку C из пушки Subtab под вкладку limg в окне прибора для автоматического выравнивания ионный луч.
- Нажмите кнопку Пуск и проверить коробку DC от пульсирующего Subtab под lmig вкладку для измерения целевого тока.
- Щелкните X бланшируйте из фокуса subtab под вкладку limg и поверните колесо мыши для того чтобы увеличить цель тока. Щелкните Y Бланкинг из той же вкладки, чтобы максимизировать целевой ток.
Примечание: целевой Ток ионного луча измеряется в режиме масс-спектрометрии должно быть больше, чем 14 Na, или больше, чем 0,5 PA, если BI3+ выбран, для достижения желаемой интенсивности ионных сигналов. - Нажмите кнопку " стоп " из Subtab фокусировки , чтобы остановить измерение целевого тока.
- Корректировка луча фокуса в области интересов
- Нажмите кнопку Z на панели управления джойстика и нажмите джойстик до ниже вниз образец стадии до конуса экстрактора находится выше верхней части сборки интерфейса металл-краска.
Примечание: очень важно избежать столкновения между конусом экстрактора и образцами при проведении этого шага. - Нажмите кнопки X и Y на джойстик и переместите джойстик влево/вправо и вверх/вниз, чтобы принести интерфейсу сборку, пока он не отображается в макро -представлении в навигаторе GUI.
- Переключитесь на микро -View в навигаторе GUI чтобы найти область интереса (Руа) металла-интерфейс краски.
- Установите рентабельность инвестиций в 300 км х 300 мкм после того, как правый щелчок SE/Si первичного окна пушки , чтобы расширить поле зрения.
- Выберите тип сигнала Si, растер размер 128 x 128 пикселей, и Растер типа случайных из SE/Si первичной пушки в навигаторе GUI.
- Щелкните черную кнопку треугольника и кнопку регулировки Si в окне первичной пушки SE/Si . Круглая форма вторичного Иона (SI) изображения Руа появится в окне первичной пушки SE/Si .
- Нажмите кнопку Z на панели управления джойстиком. Переместите джойстик вверх или вниз, чтобы привести круглую форму изображения SI к центру перекрестных волос в окне первичной пушки SE/Si .
Примечание: Если перекрестные волосы находятся в середине круглой формы изображения SI, это указывает на то, что изображение получено с хорошим фокусом. - Расстегните кнопку регулировки Si и щелкните квадратную кнопку в окне первичной пушки SE/Si , чтобы остановить корректировку фокуса.
- Нажмите кнопку Z на панели управления джойстика и нажмите джойстик до ниже вниз образец стадии до конуса экстрактора находится выше верхней части сборки интерфейса металл-краска.
- Удаление поверхностного покрытия и загрязнений с помощью режима высокой текущей/DC
- Выберите изображение SE из меню, в котором находится капля-вниз в окне первичной пушки SE/Si , чтобы наблюдать за ходом очистки DC.
- Проверьте коробку DC в Fpanel и нажмите кнопку черный треугольник для начала DC очистки.
Примечание: Держите DC на для 10 s или до изображения SE показывает, что золотой слой удаляется. Длительность очистки DC может варьироваться в зависимости от толщины покрытия. - Нажмите кнопку черный квадрат, чтобы остановить очистку DC при наблюдении Золотое покрытие удаляется через микро вид в навигаторе GUI.
- Переключите изображение SE на изображение Си в навигаторе GUI.
Примечание: причина для использования луча DC потому что луч DC (~ 14 nA) мощн достаточно для того чтобы извлечь покрытие Au и другое поверхностное загрязнение, пока импульсный луч тока (~ 1 pA) не адекватны.
- Включение компенсации поверхности заряда с помощью наводнения пистолет
- Проверьте коробку наводнения Gun в fpanel, чтобы позволить компенсацию заряда.
- Нажмите на кнопку Настройка файла в fpanel. Выберите заранее файл параметров пушки наводнения после нажатия настройки загрузки , чтобы загрузить параметры наводнения пушки.
Примечание: параметры наводнения пушки включают в себя следующие: энергия 20 V, анод 300 V, задержка 2,0 МКС, поток потока пушки потоком 2,4 а, и наводнение пушки привести от 2,0 МКС. Параметры наводнения пушка может варьироваться для различных инструментов. - Повторите шаги 2.3.6-2.3.7, чтобы скорректировать фокус на рентабельности инвестиций.
Примечание: как только покрытие Au удаляется, высота рентабельности инвестиций изменится. Таким образом, необходимо скорректировать фокус. - Щелкните отражатель из- за субвкладки анализатора/основной вкладки в окне прибора .
- Щелкните значение на левой стороне панели отражателя , чтобы уменьшить напряжение отражателя, пока не исчезнет круглая форма изображения Si. Затем увеличьте напряжение отражателя на 20 V.
Примечание: этот процесс делается для обеспечения плоской поверхности изображения и максимальной SI сигналов. В негативном режиме, увеличьте напряжение отражателя до круглой формы изображения SI исчезает и, затем, принести его вниз 20 V. - Повторите шаг 2.3.8, чтобы остановить фокус и отражатель регулировки напряжения.
- Приобретающая масса спектра высокого разрешения
- Щелкните иконы спектра и изображение в fpanel для того чтобы раскрыть программы спектра и изображений.
- Отображение выбранной рентабельности интерфейса металл-краска в микро View.
- Щелкните треугольную кнопку в навигаторе GUI, чтобы начать быстрое сканирование, и в программе спектра появится Спектрум Sims; Нажмите на черный квадрат, чтобы остановить быстрое сканирование.
Примечание: быстрое сканирование должно принимать только несколько сканирований и обычно занимает всего несколько секунд. - Выберите массовую калибровку из списка заочного спектра на панели инструментов программы спектра или просто нажмите « формулы -3» для того, чтобы после завершения быстрого сканирования поднять окно калибровки.
- Выберите признанные пики для калибровки спектра масс, нажав на соответствующие пики, добавить формулу в окне калибровки и нажмите кнопку OK , чтобы выйти из окна массового калибровки, когда пик отбора выполняется.
Примечание: CH3+, C3H3+, и aloh+ выбираются для калибровки положительного спектра масс; в то время как OH- и CN¬ и Ало- выбраны для калибровки отрицательного спектра масс. Пики, выбранные для калибровки масс, могут различаться для разных образцов. Отклонение выбранных пиков составляет менее 30 промилле, чтобы обеспечить точную пиковую идентификацию. - Добавьте пики интересов в пиковый список, нажав на пик выбранных ионов в спектре и нажав кнопку Добавить пик на панели инструментов.
- Нажмите кнопку красный треугольник в Fpanel, чтобы открыть окно измерения начала .
- Установите тип Растера на случайный, 128 x 128 пикселей, и 1 выстрел/пиксель, установите количество сканирований до 60 сканирует в всплывающее окно, и нажмите кнопку OK , чтобы начать массовое приобретение спектра рентабельности инвестиций.
Примечание: массовое приобретение спектра автоматически остановится после приобретения необходимого количества сканирований. - Щелкните сохранить файл в fpanel, чтобы сохранить приобретенный массовый спектр и назовите его с назначенным именем файла (например, солевой раствор-обработал, воздух-подвергается).
- Переключите полярность к отрицательному в fpanel и повторите шаги 2.5.3-2.6.9 для того чтобы приобрести отрицательный массовый спектр для такой же рентабельности инвестиций.
Примечание: для положительных и отрицательных полярностей в данном исследовании были приобретены спектры спектра из четырех различных ROIs каждого образца.
- Экономия анализируемой позиции РУА для дополнительного анализа
- Нажмите кнопку Добавить в навигаторе GUI и введите имя рентабельности инвестиций в всплывающее окно (например, солевой раствор 1).
- Нажмите кнопку этапе POS и нажмите кнопку OK , чтобы сохранить рентабельность инвестиций.
Примечание: положение рентабельности инвестиций сохранено для дополнительного анализа изображений SIMS.
- Приобретающая изображения высокого разрешения SIMS
- Нажмите кнопку настройки файла в fpanel и выберите предопределенный файл настройки изображения. Щелкните открытым для загрузки параметров визуализации.
Примечание: самое высокое боковое разрешение или наименьший размер пятна оптимизирован в коллимированном режиме (т.е. в режиме DC). В этом режиме наименьшая диафрагма в линии луча определяет угол диафрагмы. В соответствии с настройкой настройки ф-Симс, самое высокое боковое разрешение, когда ток DC составляет около 50 pA и фокус может достигать около 100 Нм. Для достижения этой резолюции, увеличение объектива источник во время наблюдения DC текущие спускаясь, и оптимизировать X Бланкинг и Y Бланкинг до окончательного тока DC достигает 50 pA. Ниже перечислены подробные параметры параметров режима визуализации. BI3+ выбран как первичный ионный луч. Энергия LMIG установлена на 25 кв. Ширина измельчителя ЛИМГ установлена до 100 NS, а смещение измельчителя устанавливается на 30,9 NS. Другие параметры включают в себя выбросы тока 1,0 мкA; значение нагрева 2,75 A; супрессор приблизительно 800-1000 V; Экстрактор 10 кв; Источник объектива 3,5 кв; время цикла 100 МКС; масс диапазона 1-870 u. - Выберите Lmig в всплывающих категориях для загрузки окна.
- Повторите шаги 2.2.7-2.2.14 для измерения текущей цели и выравнивания ионного луча.
Примечание: желаемый целевой ток в режиме визуализации должно быть больше, чем 0,6 Na или примерно 1 PA, если BI3+ выбран для измерения. - Выберите положение сохраненных РУА из списка выпадения курсора позиции в навигаторе GUI. Нажмите кнопку Go.
Примечание: этот шаг гарантирует, что массовый спектр и отображение изображения будут приобретены из той же рентабельности. - Повторите шаги 2.5.4 и 2.5.5 для регулировки напряжения отражателя.
- Повторите шаги 2.6.3-2.6.6 для того чтобы дирижировать массовую калибровку в режиме воображения.
Примечание: Если программное обеспечение не может зарегистрировать выбранные пики при выполнении массовой калибровки, проверьте Использование окна выбранный канал в окне массового калибровки . - Повторите шаги 2.6.7 и 2.6.8, чтобы собрать данные изображения.
Примечание: в режиме визуализации установите тип Растера на случайный, 256 x 256 пикселей, и 1 выстрел/пиксель, установите количество сканирований до 150 сканирования, и нажмите кнопку OK , чтобы начать приобретение изображения рентабельности инвестиций. Разрешение и сканирование изображения может быть разным, и они должны быть определены в зависимости от образца.
- Нажмите кнопку настройки файла в fpanel и выберите предопределенный файл настройки изображения. Щелкните открытым для загрузки параметров визуализации.
- Извлечение образца из вакуумной камеры
- Выберите Переход из списка выпадения курсора позиции в навигаторе GUI и нажмите кнопку Go , чтобы принести образец этапе вблизи ворот.
- Откройте ворота, повторяя шаг 2.1.6.
- Нажмите образец передачи руку в основную камеру и повернуть руку стержень по часовой стрелке и вперед, пока он не придает контактный образца держателя.
- Поверните руку передачи назад и втягивают ее всю дорогу.
- Закройте ворота, нажав на кнопку Закрыть на fpanel и выберите нет держателя образца в всплывающее окно выберите образец держатель .
- Открутить блокировку винта на двери блокировки нагрузки и нажмите кнопку Stop в панели fpanel, чтобы сорвать блокировку нагрузки.
Примечание: вентиляция занимает около 3-5 мин. - Качели передачи руку вправо и повернуть передачу руку стержень против часовой стрелки, чтобы освободить образец держателя.
- Поверните руку передачи назад и затяните блокировку винта на двери замка нагрузки.
- Нажмите кнопку Пуск в fpanel, чтобы накачать вниз замок нагрузки.
- Снимите металл-краски интерфейса смолы сборки из образца держателя и поместить их в чистую чашку Петри.
- Отключение ЛИМГ
- Нажмите стоп lmig из подвкладки под вкладку Lmig в окне прибора.
- Распроверить ящики lmig и наводнение Gun в fpanel и снимите окно освещения в окне питания .
3. анализ данных ф-СИМОВ
-
Экспорт данных из спектра SIMS
- Щелкните файл на панели инструментов окна программы спектра и выберите Экспорт из списка высадки.
- Назовите файл спектра, сохраните его в обозначенной папке в виде файла и щелкните OK.
- Введите номер 10 в всплывающем окне для определения канала биннинг и нажмите кнопку OK.
Примечание: Binning 10 каналов перед экспортом масс спектры является широко используемым методом для уменьшения размера данных, сохраняя при этом массу разрешение и точность. - Экспортируем данные изображений SIMS.
- Щелкните значок программы изображения и дважды щелкните приобретенные файлы изображений для отображения изображений Sims.
- Перетащите изображение конкретного химического вида из списка в окно отображения изображения и дважды щелкните это изображение, чтобы открыть окно процесса изображения ниже.
- Нормализовать образ выбранного химического вида к изображениям общего ионов, выбрав нормализацию из списка отсева окна процесса изображения.
- Примените тот же масштаб цвета для сравнения химического распределения между различными образцами путем корректировки цветовой шкалы в окне процесса изображения.
Примечание: исходные данные изображений могут быть экспортированы и нанесены с помощью другого графического программного обеспечения.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
На рисунке 3 представлено сравнение масс-спектров между металлом-краской, обработым раствором соли, и интерфейсом, который подвергается воздействию воздуха. Массовые спектры этих двух образцов были приобретены с использованием сканирования 25 кв BI3+ ионного луча в 300 мкм х 300 мкм Rois. Массовое разрешение (m/∆ m), обработочного образца раствора соли, составляло приблизительно 5 600 на пике m/z- 26. Необработанные данные масс-спектров экспортировались после биннинга 10 каналов. Для представления спектра массовых спектров для презентации было применено графическое программное обеспечение. Известно, что защитные слои, содержащие Al (OH)3 , образуются после того, как начинается6-ой коррозии. Оксид (Al3o5-) и оксигидроксид (Al2o4ч-, Al2o5ч3-, Al3o6h2-) Аль (OH)3 фрагменты7 наблюдались в металл-краска интерфейс солевого раствора-подвергается Al купон (рис. 3а) и были более заметным, когда по сравнению с теми же пиками в воздух-подвергается образца (Рисунок 3b ). Это свидетельствует о том, что Al купон подвергается соли решение испытали более сильную коррозии по сравнению с воздухом-подвергается один. Результат согласуется с известным знанием, что растворы, содержащие соли, такие как морская вода, химически агрессивны и способствуют процессу коррозии сплава Al.
На рисунке 4 изображены 2D-молекулярные изображения отобранных видов м/з- 161 Al3o5- и 179 Al3O6H2- приобретенные на основе интерфейса металл-краска, обработан раствором соли ( Рисунок 4а) и интерфейс подвергается воздействию воздуха (Рисунок 4b). Изображенные ионные интенсивности м/з- 161 и 179 были нормализованы до интенсивности общих ионов. Изображения одной и той же вершины были скорректированы с одинаковой цветовой шкалы. Изображения были получены из 100 сканирований 256 x 256 пикселей из 300 мкм x 300 мкм рентабельности. 2D изображения обеспечивают распределение химических видов продуктов коррозии Al в двух различных образцах. Пики m/z- 161 и 179 были более распространены в металл-краска интерфейс обрабатывают солевой раствор, показаны сильные интенсивности, чем те, показано в воздухе образца. Этот результат согласуется с результатами массовых спектров и демонстрирует дальнейшие аналитические возможности компании «ф-Симс» химической идентификации и молекулярной визуализации.
Рисунок 1 : Фотографии, показывающие процесс подготовки интерфейса металл-краска. На рисунке 1 изображен процесс подготовки интерфейса металл-краска. После Al купоны были зафиксированы в эпоксидной смолы (а), они были распылены с коммерческим продуктом краски и набор для 24 ч, пока они не были полностью сухими (b). Четыре линии были вписать на краску поверх цилиндров Al купона (c). Резные Al купонные цилиндры подвергались воздействию воздуха или раствора соли в течение 3 недель в чашках Петри (d). Цилиндра Al купона были сокращены и обрезаны, чтобы разоблачить металлические краски интерфейсы (e) и покрытые золотыми слоями до ф-Sims анализа (f). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.
Рисунок 2 : Схема анализа интерфейса металл-краска ф-Симс и фото инструмента Ионф V. Рисунок 2 иллюстрирует процесс анализа металла-краски интерфейса с использованием ф-Симс. Металл-краска интерфейс (а) был бомбардирован BI3+ первичный ионный луч и порожденных вторичных ионов, в результате чего масс спектра (b) и Sims изображение (c). Отображается инструмент ф-Симс V (d), используемый для анализа интерфейса металл-краска, описанный в этой работе. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.
Рисунок 3 : Сравнение массовых спектров металлических-лакокрасочных интерфейсов Al купонов. На рисунке показана спектральная разница между интерфейсом, обработым раствором соли, и тем, который обрабатывают воздухом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.
Рисунок 4 : Молекулярная изображений химических видов на металл-краска интерфейс Al купоны. Это сравнение показывает разницу в 2D распределении видов, образованных в коррозии раствором соли и воздухом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Ф-Симс отличает ионы в зависимости от времени полета между двумя сторсселятелями. Рельеф или шероховатость образца влияют на время полета ионов с разных отправного позиций, что обычно приводит к плохой массе разрешения с повышенной шириной пиков. Поэтому очень важно, чтобы анализируемые ROIs были очень плоскими, чтобы обеспечить хороший сбор сигнала8.
Еще одна ловушка, чтобы избежать зарядки. Так как "Аль-краска интерфейс был зафиксирован с изоляционной смолы, зарядки ожидалось. Заряд накапливается на поверхности образца, поскольку рентабельность бомбардируется первичным ионным лучом, влияющим на кинетическую энергию ионов, выбрасываемых с поверхности. Зарядка приводит к широким пикам и снижению массы разрешения. Чтобы избежать негативного влияния этого эффекта, 10 Нм золота были распыленных на поверхности интерфейса, чтобы сформировать проводящий путь до анализа SIMS. Другие методы могут быть применены для уменьшения зарядной эффект, в том числе применения наводнения пушки, оптимизации напряжения отражателя, и выбрав случайный режим , как луч Растер шаблон. Наводнение пушка генерирует стабильный ток электронов с низкой энергией. Он обычно используется для компенсации заряда во время анализа Sims9,10,11. Кроме того, напряжение отражателя, Иона оптический, который усиливает массовое разрешение, должна быть скорректирована, в зависимости от степени зарядки. Программа "ф-Симс" обеспечивает эффективный способ оптимизации отражателя, как описано в шаге 2.5.5 протокола. Выбор случайного режима как шаблон Растер перед ПРИОБРЕТЕНИЕМ данных Sims еще больше уменьшает эффект зарядки. Этот режим смягчает проблему, возникающая в режиме сканирования строк в строке, позволяя накопленным зарядок больше времени рассеивать9,11.
Ф-Симс может быть оснащен несколькими ионными источниками, включая-но не ограничиваясь-CS+, C60+, и BIn+. Полиатомарные ионные источники (например, BI3+ и C60+) производят более высокие урожаи вторичных ионов, излучаемых на поверхности образца, по сравнению с атомными ионными лучами (например, CS+ и BI1+)12 ,13. Кроме того, сравнение BI3+ C60+, BI3+ является более поверхностной чувствительностью к фрагментам малой массы и, таким образом, имеет более высокое боковое разрешение с лучшими изображениями12. Таким образом, BI3+ был выбран в качестве аналитического луча в этой работе, так как мы сосредоточились на низкомассовых пиков, связанных с алюминиевыми видами коррозии.
Ф-Симс-это чувствительная поверхностная техника, которая может обеспечить химическую специфичность с высоким пространственным разрешением14. Другими поверхностными инструментами, применяющими коррозионное образование, являются рфэс и сем/EDX2,15,16,17. РФЭС может предоставить количественные измерения химического состояния и электронного состояния элементов, которые существуют в образце, но с более высоким ЛОДО (0,1%) чем симы (части-на-миллиард-частей на миллион уровень)18,19. МДж/EDX не так чувствителен, как ф-Симс, хотя он часто используется для получения морфологических характеристик поверхностей. Кроме того, химическое отображение СИМОВ дает возможность визуализировать распределение молекулярного иона на коррозионный интерфейс, в то время как МДж/EDX обеспечивает только отображение элементарного иона. Таким образом, молекулярное отображение СИМОВ более информативно при расследовании межлицевой коррозии.
Эта работа показывает, что "ф-Симс" является мощным инструментом в расшифровке коррозии на интерфейсе из-за его низкого уровня, высокого массового разрешения и высокого пространственного разрешения. Кроме того, SIMS предлагает мультимодальный микроанализ, относящийся к квази-неразрушающей природе. Таким образом, один и тот же образец может быть проанализирован другими аналитическими инструментами и предоставит исчерпывающую информацию. В идеале интеграция Симс, РФЭС и СЭГ может обеспечить более всестороннее понимание коррозионного поведения в интерфейсе металлической краски.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Эта работа финансировалась программой QuickStarter при поддержке Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (НПНБЛ). НПНБЛ управляется Баттелле для американского Доу. Эта работа была проведена с использованием ИОНФ ф-Симс V, расположенного в учреждении биологических наук (BSF) в НПНБЛ. JY и X-Y Yu также подтвердили поддержку Отдела атмосферных наук & глобального изменения (ASGC) и управления по физическим и вычислительным наукам (PCSD) в НПНБЛ
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.05 µm Colloidal Silica polishing Solution | LECO | 812-121-300 | Final polishing solution |
| 1 µm polishing solution | Pace Technologies | PC-1001-GLB | Water based polishing solution |
| 15 µm polishing solution | Pace Technologies | PC-1015-GLBR | Water based polishing solution |
| 3 µm polishing solution | Pace Technologies | PC-1003-GLG | Water based polishing solution |
| 6 µm polishing solution | Pace Technologies | PC-1006-GLY | Water based polishing solution |
| Balance | Mettler Toledo | 11106015 | It is used for measuring the chemicals. |
| Epothin 2 epoxy hardener | Buehler | 20-3442-064 | Used for casting sample mounts |
| Epothin 2 epoxy resin | Buehler | 20-3440-128 | Used for casting sample mounts |
| Fast protein liquid chromatography (FPLC) conductivity sensor | Amersham | AKTA FPLC | Used to measure the conductivity of the salt solution. |
| Final B pad | Allied | 90-150-235 | Used for 1 µm and 0.05 µm polishing steps |
| KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | Used to make the salt solution. |
| Low speed saw | Buehler Isomet | 11-1280-160 | Used to cut the Al coupons that are fixed in the epoxy resin. |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | 63042 | Used to make the salt solution. |
| MgSO4 | Sigma-Aldrich | M7506 | It is used to make the salt solution. |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | It is used to make the salt solution. |
| NaOH | Sigma-Aldrich | 306576 | It is used for adjusting pH of the salt solution. |
| Paint | Rust-Oleum | 245217 | Universal General Purpose Gloss Black Hammered Spray Paint. It is used to spray on the Al coupons. |
| Pan-W polishing pad | LECO | 809-505 | Used for 15, 6, and 3 µm polishing steps |
| pH meter | Fisher Scientific | 13-636-AP72 | It is used for measuring the pH of the salt solution. |
| Pipette | Thermo Fisher | Scientific | Range: 10 to 1,000 µL |
| Pipette tip 1 | Neptune | 2112.96.BS | 1,000 µL |
| Pipette tip 2 | Rainin | 17001865 | 20 µL |
| Silicon carbide paper | LECO | 810-251-PRM | Grinding paper, 240 grit |
| Sputter coater | Cressington | 108 sputter coater | It is used for coating the sample. |
| Tegramin-30 Semi-automatic polisher | Struers | 6036127 | Coarse/fine polishing/grinding |
| ToF-SIMS | IONTOF GmbH, Münster, Germany | ToF-SIMS V, equipped with Bi liquid metal ion gun and flood gun | It is used to acquire mass spectra and images of a specimen. |
| Vibromet 2 vibratory polisher | Buehler | 67-1635-160 | Final polishing step |
References
- Szklarska-Smialowska, Z. Pitting corrosion of aluminum. Corrosion Science. 41, 1743-1767 (1999).
- 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).
- Linford, M. R. An introduction to time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). Vacuum Technology & Coating. , (2014).
- Cushman, C., et al. A pictorial view of LEIS and ToF-SIMS instrumentation. Vacuum Technology & Coating. , 27-35 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Tyler, B. J., Rayal, G., Castner, D. G. Multivariate analysis strategies for processing ToF-SIMS images of biomaterials. Biomaterials. 28 (15), 2412-2423 (2007).
- Song, W., et al. Corrosion behaviour of extruded AM30 magnesium alloy under salt-spray and immersion environments. Corrosion Science. 78, 353-368 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- Zhang, H. Surface characterization techniques for polyurethane biomaterials. Advances in Polyurethane Biomaterials. Cooper, S. L., Guan, J. , Woodhead Publishing. 23-73 (2016).
