基底材料SEM/EDX实验及分析

10.3.2.1　腐蚀表面SEM分析

通过基底材料腐蚀表面扫描电镜观察可以获得对腐蚀形貌的直观认识［11］。实验中，4种基底材料分别经过如下处理：6063铝合金经5h腐蚀（120℃），T2铜、阳极氧化着色处理6063铝合金以及1Cr18Ni9不锈钢控制在60±0.5℃条件下连续腐蚀30 d。图10.4展示了6063铝合金和T2铜的腐蚀前后表面形貌对比。

图10.4　6063铝合金（a）和T2铜（b）基底材料未腐蚀/腐蚀表面形貌对比［11］

从图10.4a中可以看出，镓对6063铝合金腐蚀严重，置镓区出现较大的腐蚀孔洞。未与镓直接接触的区域为腐蚀扩散区，相对原来未腐蚀表面更加平整，没有未腐蚀表面的一些突起。这说明镓与6063铝合金形成的腐蚀产物较疏松：一方面可促使镓在腐蚀产物中扩散形成腐蚀扩散区；另一方面也使疏松的腐蚀产物强度低，在清洗过程中表面容易被棉签打磨得更加平整。

从图10.4b中可以看出，T2铜表面腐蚀区域明显，未腐蚀区因打磨而产生的线状纹理在腐蚀区不再存在，腐蚀区呈现出高低不平的粗糙表面，且没有明显的裂纹或缺陷。这说明镓首先对T2铜的表面凸起发生优先腐蚀，随后为均匀腐蚀过程。对于阳极氧化着色处理6063铝合金以及1Cr18Ni9不锈钢，清洗干燥后电镜观察未发现明显腐蚀迹象。

10.3.2.2　腐蚀表面EDX分析

图10.5为6063铝合金表面能谱分析结果，从图10.5a可以看出，靠近置镓腐蚀坑的4个采集点镓原子摩尔浓度差距不大，分布在20%～35%之间，没有呈现随离腐蚀坑距离增加而降低的趋势。图10.5b远离镓腐蚀坑，腐蚀区放大1 500倍。明暗不同的区域能谱结果对比表明，明亮区域（点E）存在镓富集现象。对比图10.5a和10.5b可知，靠近镓腐蚀坑（ABCD点平均）与远离腐蚀坑区域（EF点平均）的镓原子浓度差距较小。由此说明，镓在6063铝合金中渗透能力很强，大范围内腐蚀扩散区中镓的分布比较均匀，没有呈现随离腐蚀坑距离增加而镓含量降低的现象，但小范围内会存在镓分布不均的情况。

图10.5　6063铝合金表面能谱分析［11］

a.靠近置镓腐蚀坑采集点；b.远离置镓腐蚀坑不同明暗程度采集点。

表10.1为6063铝合金未腐蚀/腐蚀扩散区域主要元素摩尔浓度对比。从表中可以看出，腐蚀扩散区表面镓含量显著增加，铝含量显著减少，说明镓对6063铝合金发生剧烈的扩散及腐蚀反应，两者亲和性极好。同时，腐蚀区的氧含量有较大幅度的增加，这可能是由于腐蚀产物疏松，氧气容易渗入，与铝、镓在较高温度下反应的结果。

表10.1　6063铝合金未腐蚀/腐蚀扩散区域主要元素摩尔浓度对比［11］

从图10.6可以看出，腐蚀表面存在镓覆盖区（A区域）和腐蚀产物区（B区域）。能谱分析显示，图10.6a中腐蚀产物区B镓元素摩尔浓度为37.23%，而镓覆盖区A镓元素摩尔浓度接近100%，说明液态镓与生成的腐蚀层具有较好的亲和性，部分液态镓可以紧密结合在腐蚀层上。图10.6a和10.6b图片对比可知，相对未腐蚀的T2铜，腐蚀产物B区中镓含量显著增加，铜含量显著减少，说明镓对T2铜合金发生明显的金属间扩散或腐蚀反应。同时，腐蚀区的氧含量有较大增加，这可能是腐蚀后暴露在外的铜及镓被氧化的结果。(www.xing528.com)

图10.6　腐蚀表面（a）和未腐蚀表面（b）的T2铜表面能谱分析［11］

图10.7为阳极氧化着色处理6063铝合金以及1Cr18Ni9不锈钢的腐蚀表面能谱分析结果。从中可以看出，阳极氧化着色处理6063铝合金与1Cr18Ni9不锈钢的腐蚀表面完全没有检测到镓元素的存在。说明尽管在腐蚀结束后，将镓从两种材料上取下时存在少量粘连现象，但经洗涤液除油、清水清洗、干燥后，粘连的镓会从基底脱落，因此在腐蚀表面检测不到镓元素。

图10.7　基底材料腐蚀表面能谱分析［11］

a.阳极氧化着色处理6063铝合金；b.1Cr18Ni9不锈钢。

10.3.2.3　腐蚀截面EDX分析

图10.8为T2铜腐蚀截面能谱分析，这是腐蚀区断面中镓渗入最深的区域。由能谱分析结果可以看出，靠近表面的腐蚀区镓元素摩尔浓度为65%～70%，而腐蚀区以外则不能检测到镓元素存在，因此镓仅渗入一薄层到T2铜中。考虑腐蚀表面波动情况，镓对T2铜合金渗入腐蚀速率可估算为30～60 μm/月。根据材料的耐蚀性等级划分［12］，其耐蚀性处于6～7级之间，属于尚耐蚀等级。

图10.8　T2铜腐蚀截面能谱分析［11］

图10.9　基底材料腐蚀截面能谱［11］

a.阳极氧化着色处理6063铝合金；b.1Cr18Ni9不锈钢。

图10.9为阳极氧化着色处理6063铝合金与1Cr18Ni9不锈钢的腐蚀截面能谱图。从中可以看出，阳极氧化着色处理6063铝合金与1Cr18Ni9不锈钢的腐蚀区域截面没有探测出镓元素，说明无液态镓渗入基底，与前面腐蚀表面能谱分析结论一致。该结果可用于液态金属在铝基底上的选择性沉积和腐蚀，具体过程可通过对目标表面辅以局部处理来实现复杂形状的腐蚀打印。