以溅射沉积钢薄膜作为原材料的电阻探针感应器的腐蚀行为

　　2006年4月，学者Young-Geun Kim等在期刊《Surface & Coatings Technology》上发表了文章《以溅射沉积钢薄膜作为原材料的电阻探针感应器的腐蚀行为》。文章主要描述了以600 nm厚的钢薄膜为原材料以达到改善腐蚀测量灵敏度的电阻感应器的电化学性能的实验研究方法。

　　利用磁控溅射所得的金属薄膜被应用到改善电阻探针感应器测量灵敏度上的主要原因是其可以将金属薄膜的厚度控制在一个非常薄的范围内。但是，利用传统的溅射镀膜制得的金属薄膜，其电化学性质和物理性质与块材的金属相比，是有很大差异的，这将导致其腐蚀测量时结果不准。该文章着眼于薄膜钢的电化学腐蚀性能进行了研究，尤其是对镀膜过程中氩气环境条件进行了重点实验。

　　文章所用钢材成分如下表：

　　通过溅射镀膜所得感应器金属薄膜部分形状如下所示：

　　其中a图为单线结构，b图为多线结构（共五根线，每根宽0.5 mm）。感应器总的暴露面积为1.5 cm2,均匀分布在20×20 mm的基板上。感应器除了需要裸露在外进行测量的部分外，其他部分均由快速固化环氧树脂密封起来。

　　对于制得的薄膜电阻探针感应器，作者进行了一系列的性能表征，包括薄膜附着力的表征、XRD成分表征以及电阻率测试等。随后，作者对制得的薄膜感应器进行了电化学腐蚀行为研究。部分测量结果如下所示：

　　图3 薄膜电阻感应器在（a）0.5% FeCl3溶液，（b）3% NaCl溶液，（c）含有1.5%NALCO 39L腐蚀抑制剂的3% NaCl溶液中的响应

　　从图中我们可以看出，薄膜电阻感应器在不同腐蚀性的环境中会有不同的显示，同时，感应器可以在很短的时间内做出响应，这充分体现了该薄膜电阻感应器改良后优异的测量灵敏度。同时，作者利用传统的现状电阻探针感应器做了对比实验，其测量结果如下所示：

　　图4 传统线状电阻探针感应器在充气去离子水中的响应

　　从图中我们可以看出，传统的线状电阻探针感应器在对腐蚀速率产生响应时，需要一个为期几天的过渡周期，即图中的Stage1,而当环境的腐蚀性比较低时，过渡周期的时间将会延长。通过对图3 和图4 的比较，我们可以发现，薄膜电阻探针感应相比较传统的线状电阻探针感应器，具有更快的响应时间，更高的灵敏度。

　　该文章通过对磁控溅射镀膜条件的研究和控制，制造出了可用于电阻探针感应器的钢薄膜材料，最终制得的钢薄膜电阻探针感应器具有良好的测量灵敏度，可对腐蚀速率做出快速响应。同时，多线的薄膜电阻探针感应器被证明可以较好的监测局部腐蚀的产生。通过文章中的实验数据对比，作者提出该钢薄膜电阻探针感应器可作为一种可靠的腐蚀监测工具。