[发明专利]一种用于观察钝化膜纳米结构的透射电镜样品制备方法

说明书

本发明提供了一种用于观察钝化膜纳米结构的透射电镜样品制备方法，解决现有制备透射电镜样品方法存在的成本昂贵、成功率低、样品转移步骤较多、可能引起钝化膜物相组成改变从而影响表征结果的问题。本发明先从金属块材上切取片状试样，机械研磨至厚度为50‑100μm的薄片后，冲样得到金属圆片，进一步打磨后制备带有小孔的透射电镜样品，测试圆片的动电位极化曲线，选取合适的成膜电位进行钝化膜制备，然后使用透射电镜观察试样小孔薄区边缘钝化膜的纳米结构。本发明可在不同的成膜电位下制备钝化膜，并对比研究其厚度、物相结构与成分等物化特征，钝化膜制备完成后可直接于透射电镜中观察，有效减少了样品暴露于空气中的时间，而且制样成本低，操作简便。

技术领域

本发明属于金属腐蚀技术领域，具体涉及一种用于观察钝化膜纳米结构的透射电镜样品制备方法。

背景技术

耐蚀合金是支撑国民经济发展的重要基础结构材料种类之一。耐蚀合金之所以具有优异的耐腐蚀性能，是由于在氧化性环境中金属的表面产生了一层或多层钝化膜，隔绝了金属与外界腐蚀环境的接触，从而极大程度上减缓了金属基体的腐蚀速率。一般而言，钝化膜主要为氧化物，例如：不锈钢表面的Cr₂O₃、钛合金表面的TiO₂、铝合金表面的Al₂O₃等；同时，钝化膜也可能包含氢氧化物(如：Cr(OH)₃、FeOOH)、硫化物(如：CuS、FeS)等。

钝化膜的厚度一般在纳米尺度，其内部存在高浓度点缺陷，具有半导体特性。钝化膜的厚度、物相组成、缺陷密度等特性显著影响了其对金属基体的保护作用。由于钝化膜厚度为纳米尺度很难直接进行表征，大多数针对钝化膜的研究都是采用腐蚀电化学的方法进行间接的分析。例如，可借助测试动电位极化曲线、电化学阻抗谱、Mott-Schottky曲线等间接手段获得钝化膜的钝化电位区间、半导体类型，估算出膜的平均厚度；可通过X射线光电子能谱分析手段推测钝化膜的物相和厚度等。但上述方法无法直接观察钝化膜的结构、物相成分以及真实厚度，特别是合金基体表面存在形貌起伏和基体物相的不均匀分布时，间接分析获得的信息很难反映钝化膜的真实特征。

采用透射电镜(TEM)表征钝化膜能够直观的掌握其结构、物相成分和厚度等信息，还可观察到基体/膜界面的特征，弥补了间接分析方法的不足，但透射电镜样品的制备难度较大。目前主要采用的方法是在溶液中制备钝化膜后，转移至聚焦离子束电镜中加工透射电镜样品，然后在透射电镜中观察；该方法成本昂贵，成功率低，从溶液制备钝化膜完成到透射电镜观察期间的样品转移步骤较多，增大了钝化膜与空气的接触时间，可能引起钝化膜物相组成的改变，影响表征结果，进而影响人们对耐蚀合金钝化膜纳米结构的研究。

发明内容

本发明的目的在于解决现有制备透射电镜样品方法存在的成本昂贵、成功率低、样品转移步骤较多、可能引起钝化膜物相组成改变从而影响表征结果的不足之处，提供了一种用于观察钝化膜纳米结构的透射电镜样品制备方法，可准确地实现耐蚀合金钝化膜结构的纳米尺度表征分析，适于采用透射电镜研究不同成膜电位下的钝化膜微观结构与物相组成。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种用于观察钝化膜纳米结构的透射电镜样品制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)将金属样品进行打磨，获得厚50-100μm的金属试片；该金属样品可从金属块体上直接切取获得；

2)采用透射电镜圆片冲样器，从步骤1)得到的金属试片上冲样获得金属圆片；

3)将步骤2)得到的金属圆片进一步打磨减薄至30-80μm，并采用电解液双喷减薄或离子减薄的方法，在金属圆片上制备出带有小孔的透射电镜样品；