[發(fā)明專利]高通量原位電化學測試裝置及測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011343869.8
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112525815B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李謙;范洪強;劉異峰;朱雄韜
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02;G01N17/04
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

1.一種高通量原位電化學測試裝置，包括腐蝕環(huán)境模擬裝置和電化學測試系統(tǒng)，其特征在于：腐蝕環(huán)境模擬裝置包括大箱體、獨立腐蝕環(huán)境模塊和獨立參數(shù)控制模塊（24）；

所述電化學測試系統(tǒng)包括電化學工作站（21）、計算機（1）、交換器（2）和電源（20）構(gòu)成；將待測樣品材料制成一系列待測工作電極，將不同的待測工作電極分別通過電化學工作站（21）上設(shè)置的不同的電纜線（4）進行連接，不同的電纜線（4）通過編組由對應的通道（3）與交換器（2）進行信號連接，再通過交換器（2）與計算機（1）信號端進行信號連接，電源（20）為電化學工作站（21）和計算機（1）供電；

電化學工作站（21）通過電纜線（2）連接交換器，通過交換器（2）提高電化學工作站（21）接入計算機（1）的通道數(shù)量，再通過電纜線（2）將交換器（2）接入計算機（1），實現(xiàn)計算機（1）記錄待測工作電極在腐蝕失效過程中的腐蝕動力學數(shù)據(jù)，進行高通量電化學測試；

在大箱體內(nèi)提供統(tǒng)一的實驗環(huán)境，另外由所述獨立腐蝕環(huán)境模塊和獨立參數(shù)控制模塊（24）共同實現(xiàn)高通量模擬不同的腐蝕環(huán)境，獨立腐蝕環(huán)境模塊放置在大箱體內(nèi)，獨立參數(shù)控制模塊（24）的參數(shù)采集部分設(shè)置于獨立腐蝕環(huán)境模塊內(nèi)，參數(shù)控制部分放置在大箱體外部；將不同的待測工作電極分別設(shè)置于對應的獨立腐蝕環(huán)境模塊的測試位置，使不同的待測工作電極分別處于對應的模擬腐蝕環(huán)境條件下；

獨立參數(shù)控制模塊（24）用于控制獨立腐蝕環(huán)境模塊的環(huán)境因素參數(shù)；電源（20）為獨立參數(shù)控制模塊（24）供電；

所述電化學工作站（21）的通道（3）、獨立腐蝕環(huán)境模塊和獨立參數(shù)控制模塊（24）的數(shù)量相同，形成一系列獨立的測試單元信號傳輸部分，將不同的測試單元信號傳輸部分的通道（3）分別連接不同的待測工作電極，分別構(gòu)成一個獨立的測試單元，測試單元的數(shù)量根據(jù)實驗需要進行設(shè)定；其中，尚未連接待測工作電極的測試單元信號傳輸部分為閑置的測試單元；

所述腐蝕環(huán)境模擬裝置采用鹽霧箱（8）模擬海洋大氣鹽霧環(huán)境，所述鹽霧箱（8）用于提供統(tǒng)一的實驗環(huán)境，包括大箱體、空壓機（19）、放置溶液的溶液箱（7）、輸送溶液的軟管（17）、細篩式進水口（6）、噴霧頭和噴霧閥門（22）；電源（20）為空壓機（19）供電；

大箱體上預留側(cè)孔道（18）和前孔道，在前孔道內(nèi)能塞入海綿塞，使孔洞保持密閉，側(cè)孔道放置噴霧頭，噴霧頭的噴霧方向朝向大箱體里面；所述溶液箱（7）在大箱體外面，溶液箱（7）預留孔道放置細篩式進水口（6），防止較大異物進入軟管（17）堵塞；溶液箱（7）的細篩式進水口（6）與噴霧頭通過軟管（17）連接，在軟管（17）中間加一接口通過另一段軟管（17）接入空壓機（19）；噴霧閥門安（22）裝在軟管（17）上，噴霧閥門通過電纜連接計算機，用于控制噴霧的開關(guān)；細篩式進水口（6）的放置高度比側(cè)孔道（18）位置高，以便于溶液箱（7）中的溶液借壓力差流入軟管（17），順利通過分支的軟管（17）流入噴霧頭位置，向鹽霧箱（8）中配噴灑，從而在鹽霧箱（8）內(nèi)部形成模擬海洋大氣鹽霧環(huán)境；

所述獨立腐蝕環(huán)境模塊和獨立參數(shù)控制模塊（24）共同實現(xiàn)高通量模擬不同的腐蝕環(huán)境，獨立腐蝕環(huán)境模塊放置在鹽霧箱（8）的大箱體內(nèi)，獨立腐蝕環(huán)境模塊采用小箱體（25）構(gòu)造而成，各小箱體（25）安裝在大箱體上；獨立參數(shù)控制模塊（24）的參數(shù)采集部分放置在小箱體（25）內(nèi)；

所述電化學測試系統(tǒng)還包括電極探頭（5），電極探頭（5）是不同待測樣品制成的待測工作電極，實現(xiàn)高通量樣品測試的作用；不同的電極探頭（5）通過鹽霧箱（8）的前孔道放置在獨立腐蝕環(huán)境模塊中，并與電化學工作站（21）的對應的電纜線（4）分別連接，實現(xiàn)收集電極探頭（5）在腐蝕失效過程中的腐蝕動力學數(shù)據(jù)，并利用計算機（1）記錄電極探頭（5）在腐蝕失效過程中的腐蝕動力學數(shù)據(jù)，進行高通量電化學測試；

所述電極探頭（5）、電化學工作站（21）的通道（3）、獨立腐蝕環(huán)境模塊和獨立參數(shù)控制模塊（8）構(gòu)成一個獨立的測試單元，測試單元的數(shù)量根據(jù)實驗需要進行設(shè)定；

所述腐蝕環(huán)境模擬裝置模擬海水溶液環(huán)境，獨立腐蝕環(huán)境模塊采用放置溶液的電解槽（22）構(gòu)造而成，各電解槽（22）安裝在大箱體內(nèi)設(shè)置的凹型固定底板（23）框架上；獨立參數(shù)控制模塊（24）的參數(shù)采集部分設(shè)置在電解槽（22）內(nèi)；

電解槽（22）的頂蓋預留3個孔洞，分別放置對電極（9）、參比電極（10）及魯金毛細管（12）和工作電極（14），所述對電極（9）采用鉑片（11）；

將待測材料金屬片的非工作面連接銅導線（15），工作面貼上雙面膠，再用樹脂（13）進行鑲嵌成一系列工作電極（14），封樣后樣品工作面除去雙面膠，并用酒精超聲清洗，冷風吹干，形成工作電極（14）；

模擬海水成分的溶液直接倒入電解槽（22）內(nèi)，實現(xiàn)模擬海水介質(zhì)環(huán)境的目的；通過預留孔洞將3電極置于電解槽（22）內(nèi)；工作電極（14）經(jīng)銅導線（15）通過電纜線（4）與電化學工作站（21）連接；電化學工作站（21）獲取模擬海水腐蝕實驗過程中金屬材料的電化學腐蝕動力學數(shù)據(jù)，進行高通量電化學測試；

獨立腐蝕環(huán)境模塊包括溶液腐蝕環(huán)境模塊，包括電解槽、水箱和儲料機；水箱和儲料機安裝在電解槽頂部，以實現(xiàn)控制溶液腐蝕環(huán)境模塊的溶液條件；

獨立參數(shù)控制模塊（24）包括溶液參數(shù)控制模塊，參數(shù)采集部分為濃度測量計，濃度測量計安裝在溶液參數(shù)控制模塊的電解槽內(nèi)，以實現(xiàn)探測溶液的濃度；參數(shù)控制部分為濃度顯示器和濃度控制器，用電纜將濃度顯示器連接濃度測量計，濃度顯示器采集濃度測量計的濃度數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)溶液參數(shù)的實時監(jiān)控；用電纜將濃度控制器連接水箱和儲料機，濃度控制器根據(jù)實驗設(shè)定的溶液參數(shù)控制水箱的出水量和儲料機的給料量，以實現(xiàn)溶液參數(shù)的控制；

在大箱體的頂部設(shè)置紫外線燈管（26），向大箱體內(nèi)輻射紫外線，向大箱體內(nèi)統(tǒng)一的實驗環(huán)境中增加紫外線輻射的附加實驗條件，實現(xiàn)控制光照腐蝕環(huán)境模塊的光照條件；并作為獨立參數(shù)控制模塊（24）的可選附加實驗條件控制項部分；電源（20）為紫外線燈管（26）供電；

所述獨立腐蝕環(huán)境模塊包括光照腐蝕環(huán)境模塊，包括小箱體和紫外線燈管（26），獨立參數(shù)控制模塊（24）包括光照參數(shù)控制模塊，參數(shù)采集部分為紫外線輻照測量計，紫外線輻照測量計安裝在光照參數(shù)控制模塊的小箱體內(nèi)，以實現(xiàn)探測光照強度；參數(shù)控制部分為光照顯示器和光照控制器，用電纜將光照顯示器連接紫外線輻照測量計，光照顯示器采集紫外線輻照測量計的光照數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)光照參數(shù)的實時監(jiān)控；用電纜將光照控制器連接紫外線燈管（26），光照控制器根據(jù)實驗設(shè)定的光照參數(shù)可控制紫外線燈管（26）的光照強度的升降，以實現(xiàn)光照參數(shù)的控制；

所述獨立腐蝕環(huán)境模塊包括溫度腐蝕環(huán)境模塊，包括小箱體和加熱管，加熱管安裝在小箱體周圍，以實現(xiàn)控制溫度腐蝕環(huán)境模塊的溫度；

獨立參數(shù)控制模塊（24）包括溫度參數(shù)控制模塊，溫度參數(shù)控制模塊的參數(shù)采集部分為熱電偶，熱電偶安裝在溫度腐蝕環(huán)境模塊的小箱體內(nèi)，以實現(xiàn)探測溫度；參數(shù)控制部分為溫度顯示器和溫度控制器，用電纜將溫度顯示器連接熱電偶，溫度顯示器采集熱電偶的溫度數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)溫度參數(shù)的實時監(jiān)控；用電纜將溫度控制器連接加熱管，溫度控制器根據(jù)實驗設(shè)定的溫度參數(shù)可控制加熱管的升溫，以實現(xiàn)溫度參數(shù)的控制。