钢板表面锈层组织的精确分析方法技术

本发明专利技术公开了一种钢板表面锈层组织的精确分析方法，属于透射电镜观察分析锈层组织的技术领域。本发明专利技术的制备方法包括如下步骤：(1)制备样品；(2)测定样品；(3)分析样品。通过制备标准锈层样品，并建立各标准锈层样品的能量损失谱图，再将待测锈层样品的能量损失谱图与标准锈层样品的能量损失谱图进行对比，最终确定待测锈层样品的晶体成分。本发明专利技术的分析方法运用投射电镜的能量过滤器观察各个锈层样品的各相结构，分析方法简单，测定结果准确，开发了一种全新的物理分析、表征锈层成分的方法。

A method for accurate analysis of rust coating on steel plates

The invention discloses an accurate analysis method of rust coating on steel plate, belonging to the technical field of observation and analysis of rust layer tissue by transmission electron microscope. The preparation method of the present invention comprises the following steps: (1) preparing a sample; (2) determining a sample; (3) analyzing an sample. Preparation of standard samples by the rust layer, and the establishment of the standard energy loss spectrum of rust layer samples, then measured the energy loss of the rust layer energy loss spectra of the samples with the standard map rust samples compared to spectra, and ultimately determine the rust layer samples to measure the crystal components. The method uses projection electron microscope energy filter observation of all the rust samples of each phase structure, the analysis method is simple and accurate method was developed for analysis, a new physical characterization of rust layer composition.

【技术实现步骤摘要】
钢板表面锈层组织的精确分析方法
本专利技术属于透射电镜观察分析锈层组织的
，具体地属于一种钢板表面锈层组织的精确分析方法。
技术介绍
钢铁的腐蚀是一个普遍而严重的问题，给国民经济带来了巨大损失，因此钢铁的耐腐蚀性能研究一直是材料研究者关注的重要工作。对钢铁材料的耐腐蚀性能进行研究，重点主要集中于钢铁材料的腐蚀产物-锈层的分析和研究，以了解钢铁材料的腐蚀机理。一般锈层中主要存在以下组分：α-FeOOH(针铁矿)、β-FeOOH(单斜四方纤铁矿)、γ-FeOOH(纤铁矿)、Fe3O4(磁铁矿)、Fe2O3(赤铁矿)等，由于锈层中各个相比较复杂，因此增加了分析表征的难度。目前分析锈层的手段主要借助于金相显微镜、扫描电镜/电子探针、X射线/红外光谱、透射电镜等物理表征技术，这些技术能揭示锈层的相组成、形貌、结构等信息。其中，金相显微镜可在较低倍数(1000倍以下)观察锈层的金相截面形貌，利用偏光显微镜可区分锈层不同的相，缺点是放大倍数有限无法清晰观察锈层精细结构和形貌，更无法确定不同部位的相结构；扫描电镜/电子探针可在较高倍数(几倍～几万倍)观察锈层的表面和截面微观形貌，附带的能谱或波谱附件可分析各元素在锈层的分布情况，缺点是无法进行相结构分析；X射线/红外光谱可用于锈层相结构分析，同时运用红外光谱可辅助X射线衍射对锈层的进行定性和定量测定，缺点是无法同时观察锈层不同相的微观形貌；透射电镜可观察锈层微观形貌，也可分析不同相结构，但是由于铁锈粉末带有磁性因此在观察中容易被电镜的极靴吸附从而对电镜造成损伤，同时运用电子衍射标定不同相结构误差较大。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于公开了一种钢板表面锈层组织的精确分析方法。本专利技术的分析方法通过制备标准锈层样品，并建立各标准锈层样品的能量损失谱图，再将待测锈层样品的能量损失谱图与标准锈层样品的能量损失谱图进行对比，最终确定待测锈层样品的晶体成分。本专利技术的分析方法简单，测定结果准确。为实现上述目的，本专利技术公开了一种钢板表面锈层组织的精确分析方法，所述分析方法包括如下步骤：(1)制备样品：所述样品包括标准锈层样品和待测锈层样品，制备过程如下：11)制备标准锈层样品：选择若干块相同的钢板分别置于不同的环境进行腐蚀，将钢板表面的腐蚀产物取下，干燥后分别进行X射线衍射测定，检验每份干燥后的腐蚀产物中的晶体成分，若为一种晶体，可作为标准锈层样品，若为两种以上晶体，需要重新制备；12)制备待测锈层样品：从待测钢板表面取下锈层，研磨成粉末，将粉末混入火棉胶和乙酸异戊脂的混合溶液中并分散均匀，得到悬浮溶液，取一滴悬浮溶液到置有镍基电镜载网的去离子水中，在水面上形成薄膜后，取出镍基电镜载网，在镍基电镜载网的表面负载有有机膜，将负载有有机膜的镍基电镜载网干燥后进行喷碳处理，制备得到待测锈层样品；(2)测定样品：将所述步骤11)制备的标准锈层样品和所述步骤12)制备的待测锈层样品分别置于透射电镜中，设置透射电镜的工作参数，采用透射电镜中的能量过滤器拍摄得到每份样品的微观形貌图片，及每份样品的能量损失谱图；(3)分析样品：将待测锈层样品的能量损失谱图中各元素峰的位置和强度与标准锈层样品的能量损失谱图进行对比，分析确定待测锈层样品的晶体成分。进一步地，所述步骤(2)中能量过滤器为GIFTridiem能量过滤器，具体测定过程如下：21)在低倍模式下，选取平整及均匀的区域对每份样品进行放大观察；然后再在高倍模式下，将每份样品移至视场中心，通过聚焦和调节样品高度、像散使视场内的图像最清晰；22)选择能量过滤器的相机，在TEM模式下，调整视场的放大倍数，记录观察区域位置，即透射电镜工作参数中记录样品台的位置；将每份样品移至空白区域进行零损失峰位较准并调整相机里光栏、狭缝位置，然后将每份样品移回所述观察区域位置，在EFTEM模式下，选择元素能量过滤的线系、狭缝宽度，采集每份样品的能量损失谱图和微观形貌图片。再进一步地，所述步骤21)中的低倍模式为200～1000倍，高倍模式为20000～200000倍，所述步骤22)中调整视场的放大倍数为4000～10000倍。更进一步地，所述步骤(1)中的标准锈层样品为包含Fe3O4、α-FeOOH、β-FeOOH或γ-FeOOH中任意一种晶体成分的锈层。更进一步地，所述步骤12)中的粉末平均粒径≤1μm。更进一步地，所述步骤12)中的，火棉胶和乙酸异戊脂的质量为1:1，火棉胶的质量分数为10％。更进一步地，所述步骤12)中的，采用真空镀膜机进行喷碳处理，且喷碳处理的次数控制为2～3次。本专利技术制备标准锈层样品的原理：钢板的腐蚀产物主要为晶体Fe3O4(磁铁矿)、α-FeOOH(针铁矿)、β-FeOOH(单斜四方纤铁矿)或γ-FeOOH(纤铁矿)，这些晶体组成物均由Fe2+转变而来，其中，γ-FeOOH是最先形成的亚稳定产物，它会转变成α-FeOOH和Fe3O4，在海洋大气环境中通过氯化物离子的作用还会生成β-FeOOH，具体反应如下化学反应式所示：Fe2++8FeOOH+2e→3Fe3O4+4H2O(1)3Fe3O4+3/4O2+9/2H2O→9FeOOH(2)从上述化学反应式可知，在弱氧环境中易于形成Fe3O4，氧通过在锈层中扩散形成梯度分布，在锈层和钢基的界面氧含量最低，氧把Fe2+氧化成Fe3+从而形成Fe3O4；因此在海洋环境下，锈层中容易形成Fe3O4，而α-FeOOH含量较少；而在内陆环境下，则以α-FeOOH为主。β-FeOOH的存在主要是由于环境当中存在Cl-，Cl-能稳定β-FeOOH结构，因此该相主要存在于NaCl膜的下面；因此选择不同的腐蚀环境和腐蚀时间可制备包含不同晶体成分的锈层样品。有益效果：1、本专利技术的分析方法利用电镜锈层制样方法，通过透射电镜包裹粉末制备待测锈层样品，保证了样品不易被电镜极靴吸附，且均匀分散的待测锈层样品便于透射电镜中附带的能量过滤器观察分析，保证了分析过程的安全可靠性和测定结果的准确性。2、本专利技术的分析方法通过制备各标准锈层样品，并利用透射电镜中的能量过滤器建立各标准锈层样品的能量损失谱图，再将待测锈层样品的能量损失谱图与标准锈层样品的能量损失谱图进行对比，最终确定待测锈层样品的晶体成分，测定方法简单，便于操作完成。附图说明图1为实施例中待测锈层样品的微观形貌图片；图2为图1的样品的标准能量损失谱图。具体实施方式为了更好地解释本专利技术，以下结合具体实施例进一步阐明本专利技术的主要内容，但专利技术的内容不仅仅局限于以下实施例。本实施例公开了一种钢板表面锈层组织的精确分析方法，所述分析方法包括如下步骤：(1)制备样品：所述样品包括标准锈层样品和待测锈层样品，所述标准锈层样品为包含Fe3O4、α-FeOOH、β-FeOOH或γ-FeOOH中任意一种晶体成分的锈层；制备过程如下：11)制备标准锈层样品：选择若干块相同的钢板分别置于不同的环境进行腐蚀得到腐蚀产物，所述不同的环境即为不同的腐蚀环境和腐蚀时间，在不同的腐蚀环境和腐蚀时间下可以制备包含Fe3O4、α-FeOOH、β-FeOOH或γ-FeOOH中任意一种晶体成分的锈层，为了进一步的检验锈层中的成分，将钢板表面的腐蚀产物取下，干燥后分别进行X射线衍射测定，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢板表面锈层组织的精确分析方法，其特征在于：所述分析方法包括如下步骤：(1)制备样品：所述样品包括标准锈层样品和待测锈层样品，制备过程如下：11)制备标准锈层样品：选择若干块相同的钢板分别置于不同的环境进行腐蚀，将钢板表面的腐蚀产物取下，干燥后分别进行X射线衍射测定，检验每份干燥后的腐蚀产物中的晶体成分，若为一种晶体，可作为标准锈层样品，若为两种以上晶体，需要重新制备；12)制备待测锈层样品：从待测钢板表面取下锈层，研磨成粉末，将粉末混入火棉胶和乙酸异戊脂的混合溶液中并分散均匀，得到悬浮溶液，取一滴悬浮溶液到置有镍基电镜载网的去离子水中，在水面上形成薄膜后，取出镍基电镜载网，在镍基电镜载网的表面负载有有机膜，将负载有有机膜的镍基电镜载网干燥后进行喷碳处理，制备得到待测锈层样品；(2)测定样品：将所述步骤11)制备的标准锈层样品和所述步骤12)制备的待测锈层样品分别置于透射电镜中，设置透射电镜的工作参数，采用透射电镜中的能量过滤器拍摄得到每份样品的微观形貌图片，及每份样品的能量损失谱图；(3)分析样品：将待测锈层样品的能量损失谱图中各元素峰的位置和强度与标准锈层样品的能量损失谱图进行对比，分析确定待测锈层样品的晶体成分。...

【技术特征摘要】
1.一种钢板表面锈层组织的精确分析方法，其特征在于：所述分析方法包括如下步骤：(1)制备样品：所述样品包括标准锈层样品和待测锈层样品，制备过程如下：11)制备标准锈层样品：选择若干块相同的钢板分别置于不同的环境进行腐蚀，将钢板表面的腐蚀产物取下，干燥后分别进行X射线衍射测定，检验每份干燥后的腐蚀产物中的晶体成分，若为一种晶体，可作为标准锈层样品，若为两种以上晶体，需要重新制备；12)制备待测锈层样品：从待测钢板表面取下锈层，研磨成粉末，将粉末混入火棉胶和乙酸异戊脂的混合溶液中并分散均匀，得到悬浮溶液，取一滴悬浮溶液到置有镍基电镜载网的去离子水中，在水面上形成薄膜后，取出镍基电镜载网，在镍基电镜载网的表面负载有有机膜，将负载有有机膜的镍基电镜载网干燥后进行喷碳处理，制备得到待测锈层样品；(2)测定样品：将所述步骤11)制备的标准锈层样品和所述步骤12)制备的待测锈层样品分别置于透射电镜中，设置透射电镜的工作参数，采用透射电镜中的能量过滤器拍摄得到每份样品的微观形貌图片，及每份样品的能量损失谱图；(3)分析样品：将待测锈层样品的能量损失谱图中各元素峰的位置和强度与标准锈层样品的能量损失谱图进行对比，分析确定待测锈层样品的晶体成分。2.根据权利要求1所述的钢板表面锈层组织的精确分析方法，其特征在于：所述步骤(2)中能量过滤器为GIFTridiem能量过滤器，具体测定过程如下：21)在低倍模式下，选取平整及均匀的区域对每份样...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志奋，张彦文，熊飞，韩荣东，欧阳珉路，王俊霖，马家艳，黄海娥，吴立新，洪梦庆，
申请(专利权)人：武汉钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42