Frequency-Dependent Alternating-Current Scanning Electrochemical Microscopy (4D AC-SECM) for Local Visualisation of Corrosion Sites

Authors


Abstract

For a better understanding of the initiation of localised corrosion, there is a need for analytical tools that are capable of imaging corrosion pits and precursor sites with high spatial resolution and sensitivity. The lateral electrochemical contrast in alternating-current scanning electrochemical microscopy (AC-SECM) has been found to be highly dependent on the frequency of the applied alternating voltage. In order to be able to obtain data with optimum contrast and high resolution, the AC frequency is swept in a full spectrum at each point in space instead of performing spatially resolved measurements at one fixed perturbation frequency. In doing so, four-dimensional data sets are acquired (4D AC-SECM). Here, we describe the instrument set-up and modus operandi, along with the first results from the imaging of corroding surfaces. Corrosion precursor sites and local defects in protective organic coatings, as well as an actively corroding pit on 304 stainless steel, have been successfully visualised. Since the lateral electrochemical contrast in these images varies with the perturbation frequency, the proposed approach constitutes an indispensable tool for obtaining optimum electrochemical contrast.

Abstract

Um die Entstehung lokaler Korrosionsphänomene untersuchen zu können, bedarf es ortsauflösender Methoden, die beispielsweise Lochfraß oder Korrosionsvorstufen mit hoher lateraler Auflösung visualisieren können. Bei der Abbildung lokaler elektrochemischer Aktivität mittels wechselstrombasierter elektrochemischer Rastermikroskopie (AC-SECM) ist der Kontrast in hohem Maße abhängig von der gewählten Anregungsfrequenz. Um den Informationsgehalt der erhaltenen Bilder zu erhöhen und optimalen elektrochemischen Kontrast zu erzielen, wird vorgeschlagen, an jedem Punkt des Rastergitters, ein komplettes Frequenzspektrum aufzunehmen, anstatt die Oberfläche mit einer einzigen, willkürlich gewählten Anregungsfrequenz abzurastern. Dadurch werden vierdimensionale Datensätze erhalten (4D AC-SECM). Wir berichten hier über den Aufbau des neu entwickelte Instrumentes, seine Funktionsweise und über erste Ergebnisse zur Abbildung korrodierender Oberflächen. Korrosionsvorstufen und Defekte in organischen Schutzschichten konnten ebenso erfolgreich visualisiert werden wie ein Korrosionsherd auf einer 304 Edelstahl-Oberfläche. Die hier vorgestellte Herangehensweise garantiert die Erfassung des optimalen elektrochemischen Kontrastes und damit eine hohe Auflösung bei der Visualisierung korrodierender Oberflächen.

Ancillary