用微X射线荧光分析研究低合金钢的腐蚀

低合金钢对腐蚀非常敏感。由于这个原因，由这种材料制成的部件和结构通常被锌(Zn)涂层保护。锌涂层可抑制腐蚀，但缺点是，一旦受损，即使只是小区域，腐蚀会比未受保护的部件更严重。用含铝(Al)的ZnAl涂层代替Zn涂层可以避免这种影响。

本文介绍了涂有Zn AN的低合金钢部件的检查，并使用（微X射线荧光）微XRF损坏保护层后进行腐蚀处理。所涉及的元素的分布分析有助于改善对腐蚀过程的理解和Al对腐蚀减少的影响。

仪器

分析是用Bruker M4 Tornado 2D Micro-XRF光谱仪．本仪器功能：

• 大型真空室，样品尺寸可达200 × 300 × 125 mm³
• 用于“动态”分布分析的快速X-Y-Z TurboSpeed级
• 使用高亮度X射线管的荧光有效激发荧光，结合X射线光学器件，用于管道辐射到25μm以下的斑点尺寸
• 硅漂移探测器(SDD) x射线检测具有最高计数率的能力

样本

样品是经过不同处理的低合金钢。用锌电镀层或浸涂于锌铝合金熔体中。600°C。

图1所示。（a）钢样品层结构与涂层和受损区域，（b）制备样品的结构（抛光部分）

在样品的一小块面积（如图1A中所示）除去涂层。随后将样品在50℃下在海水中腐蚀64小时。对于分布分析，将样品嵌入环氧树脂中。因为涂层和腐蚀层相对较薄，所以样品以5.7℃的角度抛光。这导致层的人为放大层10倍。根据结构如图1所示。1B。以这种方式制备的样品如图2所示。注意零件中心的强腐蚀效果，这是除去保护涂层的区域。

图2。样品为分析准备，黄色矩形表示分析面积

分析

通过用以下参数进行不同处理的样品的分析，通过以下参数进行：

• 映射区域：约。20 x 5mm²
• 步长：20μm
• 测量时间：每像素10毫秒，总数小于1小时

Zn和ZnAL涂覆样本的多元素分布在图3中描绘。3和文件。这两个图都显示左侧和右侧的Zn涂层区域（绿色）和中间中移除Zn涂层的区域。两个图的上部的红色区域显示抛光的基材（Fe）。Cl（蓝色）和S（紫色）底部的截面从环氧树脂含有Cl和S，覆盖抛光样品的一部分。也可以在腐蚀层中的裂缝内发现元件。它们是海水处理的残留物。图4中的Al的分布。4是浅蓝色。它浓缩在钢（Fe）和Zn涂层之间的涂覆区域内。

图3。海水处理后Zn涂层钢的多元素分布，线扫描区域

图4。海水处理后ZNAL涂层钢的多元素分布，线扫描区域

对比图3和图4的元素分布边界可以得出，常规Zn涂层比ZnAl涂层对腐蚀更敏感。从ZnAl涂层得到的铝明显地直接在钢件表面形成一层。

可以从垂直于层系统的线扫描（图3和4中的黄色矩形，从而拍摄更详细的信息。表示扩大的线条以改善测量统计）。这些线路扫描可以从地图数据计算，因为为所有像素保存完整的光谱。为了更好地理解腐蚀保护的差异，在具有完整涂层的区域（线扫描（a））和除去涂层的区域中的一个区域（线扫描的区域中，对每个样品的两个不同区域提取线扫描（b））。该元素浓度也沿线归一化至沿着“100”的每个元素的最高浓度。该方法的目的是将高浓度（Fe，Zn）的元素相同的Y轴范围，作为具有低浓度（Al，S，Cl）的元素。该方法的优点是可以轻易发现所有元素浓度的变化（这是该研究的目的）。缺点是线和缩放不反映元件的绝对浓度，并且统计噪声在次要元件的线中可见。结果如图5A到6B所示。

图5。（a）Zn涂层材料的线扫描（（a）中的（a）），（b）：在除去Zn的区域中的区域中的线扫描（图3中），腐蚀材料

图。图5A示出了图5A中的线扫描（A）的线性元件分布。3垂直于Zn涂层区域中的层系统。在样品的顶部，分别在线扫描的左侧，Fe强度（红色）高，因为​​它来自基材。在涂层（绿色）的Zn强度增加时，它显着降低。左侧的S（紫色）和Cl（蓝色）的较高强度是腐蚀渗透到侧面的效果，也可以作为主腐蚀区的左右的紫色区域可见。由于环氧树脂中的含量，CL增加了线的右侧。Fe和Zn之间的锋利边界表明腐蚀保护完好无损。

图5b为图3中线扫描b在去除Zn后的同一样品区域的元素分布。在这里，铁的分布下降缓慢，因为它被腐蚀过程扩散到腐蚀区域。由于同样的过程，锌增长缓慢。Cl和S在线扫描的右侧再次增加——这是它们在环氧树脂中的含量的结果。从总体上看，由于Fe在腐蚀区扩散，腐蚀防护效果较差。

图6。（a）ZNAL涂覆材料的线扫描（（a）中的图4中的（a）），（b）在除去涂层的区域中的线扫描（图4中的B）。

图6a和图6b中的元素分布为经过相同海水处理但添加了ZnAl涂层的样品的元素分布。在涂层区域(图6a，图4中的线扫描a)， Fe的下降非常强烈。基地主要集中在钢铁、锌涂层几乎是免费的。年代再次穿透钢铁和保护层之间却无法达到的钢铝层(也比较图3和图4)。右边年代和Cl增加由于环氧树脂包埋。

同样，在无锌区域(图6 (b，图4中的线扫描b)， Fe强度显著降低，但Al强度非常低。该地区的Cl和Zn浓度也很低。它们和S一样在环氧中增加。

结论

与之相关的微XRF分布分析M4龙卷风在短时间内提供丰富的结果。通过样品制备(包埋和角度磨削)，可以看到所有层，深入研究腐蚀过程。

从这里提出的研究，可以得出结论，即使在一个完整的保护层的情况下，用ZnAl合金的腐蚀保护比只用锌涂层更有效。因为铝直接集中在钢表面的一层，它提供了额外的保护。此外，铝可以减少腐蚀，即使是在保护层损坏的情况下。

此信息已采购，从Bruker Nano Analytics提供的材料进行审核和调整。亚博网站下载

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