專利名稱：用于透射電鏡原位觀察銹層的樣品制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及透射電鏡觀察分析樣品的制備方法，具體地指一種用于透射電鏡原位觀察銹層的樣品制備方法。
背景技術：
鋼鐵的腐蝕是一個普遍而嚴重的問題，給國民經(jīng)濟帶來了巨大損失。因此鋼鐵的耐腐蝕性能研究一直是材料研究者關注的重點。對鋼鐵材料的耐腐蝕性能進行研究，重點主要集中于:通過鋼鐵材料的腐蝕產(chǎn)物-銹層的分析和研究，以了解鋼鐵材料的腐蝕機理。研究鋼鐵的腐蝕產(chǎn)物-銹層的手段有掃描電鏡、透射電鏡、電子探針、X射線衍射等物理表征技術，這些技術能揭示銹層的相組成、形貌、結構等信息，通過這些信息分析鋼鐵的耐腐蝕機理，從而對開發(fā)新型的耐候鋼產(chǎn)生重要的意義。運用透射電鏡能觀察銹層中各個相的微觀形貌，而且還能分析相結構。因此，采用透射電鏡觀察銹層是研究銹層的重要分析方法之一。所查文獻中有關鋼鐵表面有覆蓋層的透射電鏡樣品制備方法如下:一種帶有硅鋼片涂層的電鏡薄膜樣品的制備方法(申請?zhí)?CN200910062755.3)，該方法適合于覆蓋層與鋼基結合致密的試樣制備，而銹層與鋼基結合相對不緊密，因此不適合用此方法來制樣。目前，透射電鏡觀察銹層試樣的制備方法主要有以下幾種:(1)分散粉末法；(2)膠粉混合法；(3)改進的膠粉混合法等。上述幾種制樣方式是使用銹層粉末進行銹層的透射電鏡觀察，對銹層研究存在一定局限性，主要如下:(I) 一般鋼鐵材料的整個銹層從與鋼基的結合處到銹層表面分為幾個部分，通常分為外銹層和內(nèi)銹層兩部分，不同的部分在腐蝕過程起的耐腐蝕作用均不同，因此最佳的觀察和分析方法是從銹層與鋼基的結合處到銹層表面逐層分析銹層的相結構、形貌等信息。由于常規(guī)方法將銹層從試樣上取出，制成粉末再進行觀察，因此無法原位觀察銹層，從而不能真實反應所分析材料中銹層的具體分布情況；(2)由于銹層中各個相比較復雜，一般銹層中主要存在以下組分:a -FeOOH(針鐵礦)、β -FeOOH (單斜四方纖鐵礦)、Y -FeOOH (纖鐵礦)、Fe3O4 (磁鐵礦)、Fe2O3 (赤鐵礦)等。因此，現(xiàn)有的制樣方法容易使透射電鏡觀察中遺漏某些相，且無法分析和計算各個相的含量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要克服現(xiàn)有技術所存在的不足，提供一種用于透射電鏡原位觀察銹層的樣品制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明用于透射電鏡原位觀察銹層的樣品制備方法，該方法主要包括以下步驟:I)用冷鑲嵌方法將取得的帶銹層試樣進行整體封裝:將環(huán)氧樹脂和固化劑按體積比4飛:1混合，在室溫下將混合液覆蓋在銹層試樣的表層，將銹層試樣放入真空室內(nèi)抽真空處理，放置廣3小時后，待環(huán)氧樹脂固化后即可；2)根據(jù)透射電鏡觀察的樣品尺寸切取試樣:先將鑲嵌完的試樣切成小尺寸試樣，再將小尺寸試樣以小于lmm/min的速度切割，切割成可用于透射電鏡觀察的尺寸；3)初步減薄試樣:以銹層位置為中心，在試樣厚度兩側的銹層附近挖出兩個凹坑，所述兩個凹坑之間留有銹層，凹坑大小需覆蓋整個銹層厚度并包括銹層與鋼基結合處；4)制成透射電鏡可觀察的試樣薄區(qū):將初步減薄試樣放入離子切片儀，設定設備參數(shù)，加速電壓設置為4 6kV，離子束與豎直面的傾斜角為5 10°，用離子束在兩個凹坑處進行轟擊，直到出現(xiàn)透射電鏡可以觀察的薄區(qū)；5)將制備完的試樣粘到Φ3πιπι的圓形銅網(wǎng)，即可得到用于透射電鏡原位觀察銹層的樣品。本發(fā)明中所用的環(huán)氧樹脂為普通雙酚A環(huán)氧樹脂，所用固化劑選用能常溫下快速固化環(huán)氧樹脂的胺類固化劑。本發(fā)明用于透射電鏡觀察的銹層試樣的制備，相比現(xiàn)有方法，有以下優(yōu)點:1、試樣制備方法是非破壞性的，完整保留了銹層的狀態(tài)，包括銹層與鋼基的結合程度、整個銹層的形貌和微觀結構等；2、便于透射電鏡的原位觀察，相比其他物理表征手段，透射電鏡即可觀察形貌又能分析相結構，通過本制樣方法，運用透射電鏡能清晰地逐層分析銹層的形貌和微觀結構，以便了解銹層的腐蝕過程；3、采用冷鑲嵌方法制樣，盡量避免了制樣過程而造成的銹層觀察和分析的誤差，包括減少由于熱鑲嵌造成的高溫和擠壓、研磨帶入的應力變形等。綜上所述，本發(fā)明制樣完整的保留了銹層的原始形貌，非常適用于銹層試樣的透射電鏡樣品制備。所制備的樣品更具有代表性，能真實反應所分析材料的全部特征，對于研究鋼鐵材料的耐腐蝕性能有著重要的意義。


圖1為鑲嵌試樣切割后的主視結構示意圖。圖2為試樣初步減薄的側視結構示意圖。圖3為離子束轟擊試樣的側視示意圖。圖4為試樣制備完成后的主視結構示意圖。圖5為用透射電鏡觀察的銹層。圖6為用透射電鏡觀察的銹層中a -FeOOH的形貌。圖7為用透射電鏡觀察的銹層中a -FeOOH的衍射花樣。圖8為用透射電鏡觀察的銹層中Y-FeOOH的形貌。圖9為用透射電鏡觀察的銹層中Y -FeOOH的衍射花樣。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。實施例本發(fā)明用于透射電鏡原位觀察銹層的樣品制備方法，該方法主要包括以下步驟:
I)用冷鑲嵌方法將取得的帶銹層試樣進行整體封裝:將環(huán)氧樹脂和固化劑按體積比5:1混合，在室溫下將混合液覆蓋在銹層試樣的表層，將銹層試樣放入真空室內(nèi)抽真空處理，放置3小時后，待環(huán)氧樹脂固化后即可，這樣在銹層試樣的銹層2表面覆蓋一層鑲嵌料層3，而且通過抽真空處理可將鑲嵌料中的氣體抽出；2)根據(jù)透射電鏡觀察的樣品尺寸切取試樣:先用常規(guī)切割機將鑲嵌完的試樣切成小尺寸試樣，再用精密切割機將小尺寸試樣以小于lmm/min的速度切割，切割成2.8X1.2X0.06mm的尺寸，示意圖見圖1 ;3)初步減薄試樣:以銹層位置為中心，用挖坑機低速在試樣厚度兩側的銹層附近挖出兩個凹坑4，所述兩個凹坑4之間留有銹層，凹坑4大小需覆蓋整個銹層厚度并包括銹層與鋼基結合處，示意圖見圖2;4)制成透射電鏡可觀察的試樣薄區(qū):將初步減薄試樣放入離子切片儀，設定設備參數(shù)，加速電壓設置為5kV，用離子束從試樣的頂部向凹坑4方向轟擊，離子束與豎直面的傾斜角為5°，從顯示器觀察減薄效果，離子束在兩個凹坑4處進行轟擊直到出現(xiàn)透射電鏡可以觀察的薄區(qū)5,不意圖見圖3和4 ；5)將制備完的試樣粘到Φ3πιπι的圓形銅網(wǎng)，即可放入JEM-2100F透射電鏡進行觀察。用透射電鏡拍攝的整個厚度銹層低倍形貌如圖5所示，圖5中位置f 15，可逐層分析銹層的形貌和相結構。不同銹層的相結構如圖6、所示，圖6、7為用透射電鏡觀察的銹層中a -FeOOH的形貌和衍射花樣，圖8、9為用透射電鏡觀察的銹層中Y -FeOOH的形貌和衍射花樣。
權利要求
1.一種用于透射電鏡原位觀察銹層的樣品制備方法，其特征在于，該方法主要包括以下步驟: 1)用冷鑲嵌方法將取得的帶銹層試樣進行整體封裝:將環(huán)氧樹脂和固化劑按體積比4^6:1混合,在室溫下將混合液覆蓋在銹層試樣的表層,將銹層試樣放入真空室內(nèi)抽真空處理，放置f 3小時后，待環(huán)氧樹脂固化后即可； 2)根據(jù)透射電鏡觀察的樣品尺寸切取試樣:先將鑲嵌完的試樣切成小尺寸試樣，再將小尺寸試樣以小于lmm/min的速度切割，切割成可用于透射電鏡觀察的尺寸； 3)初步減薄試樣:以銹層位置為中心， 在試樣厚度兩側的銹層附近挖出兩個凹坑(4)，所述兩個凹坑(4)之間留有銹層，凹坑(4)大小需覆蓋整個銹層厚度并包括銹層與鋼基結合處； 4)制成透射電鏡可觀察的試樣薄區(qū):將初步減薄試樣放入離子切片儀，設定設備參數(shù)，加速電壓設置為4 6kV，離子束與豎直面的傾斜角為5 10°，用離子束在兩個凹坑(4)處進行轟擊，直到出現(xiàn)透射電鏡可以觀察的薄區(qū)(5)； 5)將制備完的試樣粘到Φ3_的圓形銅網(wǎng)，即可得到用于透射電鏡原位觀察銹層的樣品O
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于透射電鏡原位觀察銹層的樣品制備方法，包括以下步驟1)用冷鑲嵌方法將取得的帶銹層試樣進行整體封裝；2)根據(jù)透射電鏡觀察的樣品尺寸切取試樣；3)初步減薄試樣；4)制成透射電鏡可觀察的試樣薄區(qū)；5)將制備完的試樣粘到Φ3mm的圓形銅網(wǎng)，即可得到用于透射電鏡原位觀察銹層的樣品。本發(fā)明制樣完整的保留了銹層的原始形貌，非常適用于銹層試樣的透射電鏡樣品制備。所制備的樣品更具有代表性，能真實反應所分析材料的全部特征，對于研究鋼鐵材料的耐腐蝕性能有著重要的意義。
文檔編號G01N1/28GK103196720SQ201310086358
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權日2013年3月19日
發(fā)明者王志奮, 韓榮東, 孫宜強, 鄧照軍, 周運武, 陳士華, 張萍, 歐陽珉路, 劉敏, 王俊霖 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司