HMT氢微印技术 - 用于金属和合金材料的氢脆研究

2025-01-13 14:11:59 作者：考拉腐蚀来源：考拉腐蚀分享至：

氢微印技术（HMT，hydrogen microprint technique)，也有的地方叫做“银饰技术"(Silver decoration technique)，在1981年发表的“Direct observation of hydrogen evolution in the electron microscope scale”和1985年发表的“Hydrogen microprint technique in the study of hydrogen in steels”中较早提及并应用于分析双相不锈钢、低碳钢、奥氏体不锈钢等材料的氢扩散行为，在金属和合金材料的氢脆研究中是一个很有价值的实验方法。

下图展示了HMT的原理——对已预充氢的试样，放置于含AgBr颗粒的形核乳液中。金属试样表面扩散出来的氢将Ag离子还原为金属Ag，在暴露一定的时间后，将试样表面未反应的AgBr颗粒清洗掉，再用水冲洗、吹干；在SEM下观察白色球状Ag颗粒在金属微观结构上的分布。

实验步骤：金属试样准备（metallographic preparation）、阴极充氢（Cathodic charging)、形核乳液制备（Nuclear emulsion coating)、清洗（Fixing)、SEM观察（SEM observation)。

其中，HMT方法理论分辨率0.04um，实验分辨率0.25um。（数据来源：1985年发表的“Hydrogen microprint technique in the study of hydrogen in steels）

2024年，Corrosion Science上发表的“Enhancement of hydrogen embrittlement resistance in 310S austentitic stainless steel through ribbon-like δ-ferrite”中采用了HMT技术。

本文中具体实验步骤如下：

金属试样制备：对试样进行抛光处理；
试样充氢：充氢电流密度10mA/cm^2, 溶液采用0.2mol/L，H2SO4+2.5g/L CH4N2S，充氢时间48小时；
形核乳液制备：0.5g AgBr+40mL 5wt% NaNO2；
将已充氢试样置于形核乳液中，使得扩散的氢原子与Ag离子反应在试样表面形成Ag颗粒；
将试样放置于固化溶液中保持3秒，固化溶液为40%volCH2O，使得已形成的Ag颗粒固定；
将试样转移放入清洗液中，保持5min，以移除试样表面未反应残留的AgBr颗粒（清洗液组成：15wt% Na2S2O3+10wt%NaNO2）；
将试样用去离子水和酒精冲洗、干燥；
试样放置于SEM中观察。【Ag颗粒的分布位置与原始氢扩散区域相关，通过SEM观察分析，HMT探索氢脆的一个有效技术。】

上图6中依次:

（a）和（b）the principle of HMT involves a redox reaction between hydrogen atoms and Ag ions; HMT技术原理及氢原子和银离子反应；Ag颗粒在H原子最初富集处形成；
（c-c1) the distribution characteristics of Ag particles of the S1050 specimen show that hydrogen was mianly concentated at the austenite grain boundaries奥氏体晶界。
Regions marked as c1 and c2 in the region (c) are magnified, and the inset diagram illustrates the distribution of Ag elements银颗粒的分布。
(d-d2) the distribution characteristics of Ag particles of S1200 specimen reveal that hydrogen was primarily concentrated at the interface between the ribbon-like δ-ferrite and austentite银颗粒在铁素体和奥氏体界面富集。
(d1) and (d2) are enlarged views of the marked areas in(d).