光学显微形貌分析

0Cr18Ni9不锈钢管钢表面分别贮存75天、95天以及150天的光学低倍显微形貌。从低倍形貌上看,表面沉积物随贮存时间延长逐渐增大,经历了宏观弥散颗粒球状到颗粒长大直至演化成岛状的过程。细小的表面沉积颗粒持续生长成小岛状形貌,甚至引起岛与岛之间的相互结合。

进行自然贮存污染试验时,贮存环境中的胶粘剂不断向贮存系统挥发气体分子或沉积粒子,并不断向0Cr18Ni9不锈钢管表面输运。粒子一旦达到基底表面,就会在基底表面有利于沉积的位置沉积,并不断结合和聚集,形成聚集在一起的核心(或称为“岛”),核心对附近的粒子有吸引粘附作用,因此,原子团不断长大形成岛状结构,岛状结构又会不断生长。表面粘附的粒子通过扩散、聚集的过程对0Cr18Ni9不锈钢管干净表面造成污染,随贮存时间的延长,表面污染程度加剧。

表面SEM形貌分析

0Cr18Ni9不锈钢管在挥发气氛环境中贮存时,表面的SEM显微形貌。由图可见,整个原始表面除有划痕外,基本平整洁净。在SEM低倍视野下,贮存试样表面可以明显观察到岛状沉积物,且岛于岛之间有相互连接的现象;在SEM高倍视野下,沉积物呈团状,表现为层状堆积形态;在沉积物与基底的界面处,总是分布着形状规则的球状颗粒。试样贮存70天时,如图3-4b)所示,扫描电镜低倍视野下,可以观察到长约30μm宽达20μm的长岛状沉积于基底表面的块状物。在入射二次电子对有机物绝缘的作用下,岛的表面呈现光亮现象,且部分区域被击穿至基底表面,沉积物与基底的界面处可以观察到很多细小规则的球状颗粒。除长岛状沉积物之外,表面上还布满了直径在1~20μm范围内大小不等、高度不同的沉积物。

为了进一步观察沉积物的形貌,为高倍SEM表面形貌观察。从沉积物形貌来看,此区域的沉积物呈团状,直径在10μm左右,并且能观察到呈片层状堆积的形态,同样,在团状沉积物周围也分散着小尺寸的沉积物。在团状沉积物内部能清楚的观察到规则球状的颗粒,此球状颗粒可能为环境中落到表面的灰尘颗粒。

本文所涉及的胶粘剂挥发物向作为基底材料的0Cr18Ni9不锈钢管表面沉积的过程借鉴薄膜形核、生长等的相关理论进行分析研究。薄膜成膜的过程中,原子在基底表面发生吸附、扩散迁移、脱附,在实际的室温条件下,发生表面原子的扩散是比较困难的,原子扩散速率是相当小的。1994年,Jensen[40]人联系具体的研究实际,提出了更切合实际薄膜生长的沉积-扩散-聚集(DDA)模型。关于薄膜的生长方式,普遍接受的理论是J.A.VenablesH.Ltith等人提出的层状生长(FRank-van der MerweFM)、层岛状生长(StRansk-KRastanovSK)和岛状生长(Volmer-WeberVW)三种薄膜生长模型。

沉积物的生长主要依靠范德瓦尔斯作用力。表面沉积生长的过程,首先是沉积粒子在表面有利位置的选择过程,然后沉积在表面的粒子在范德瓦尔斯分子间作用力的吸引下吸引后来的沉积粒子继续沉积,因此沉积物不断长大,长成岛屿状,最后,当岛屿状沉积物长大到一定程度时,就发生了岛与岛之间的相互连接。

沉积粒子在表面沉积时,沉积位置的选择有一定的规律性,沉积现象基本都发生在划痕或划痕附近。由于划痕相对材料表面与一定深度,因此灰尘颗粒容易聚集,聚集的灰尘颗粒增大了对沉积粒子的吸引力,因此沉积粒子倾向于优先选择划痕及划痕附近沉积。先沉积的粒子与基底的灰尘颗粒共同在范德瓦尔斯作用力的吸引下吸引下一个沉积粒子沉积,这个过程不断循环。当岛屿状的沉积物遇到相邻的岛状沉积时,就发生了岛与岛之间的连接现象,没有碰触到的部分继续生长。