CN101187644A - 一种测定薄液层下金属极化曲线的方法及所用的装置 - Google Patents
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Abstract
一种测定薄液层下金属极化曲线的方法及所用的装置，属测量领域。先通过调节工作电极表面上的溶液量，控制工作电极表面的液膜厚度至所需值，而后用恒电位仪进行恒电流极化，用大气腐蚀电位非接触测量装置测定工作电极的电位，获得极化曲线上的一个极化状态点，每改变一次极化电流密度后立即测定工作电极的电位，并获得一个极化状态点，将上述获得的多个极化状态数据点平滑连接，绘制出极化曲线。本发明还提供了相应的测量装置。由于测量电极组采用非接触式电极加辅助电极的结构，解决了现有“三电极”之间的溶液电阻IR会严重影响极化曲线测定结果的问题，可准确测定1微米～300微米间液层厚度下金属的极化曲线。可用于金属防腐蚀研究领域。
Description
技术领域
本发明属于测量领域，尤其涉及一种用电的方法测试或分析材料的方法和装置。
背景技术
电化学体系中，当外加电流通过电极(electrode)时，电极电势偏离平衡电极电势的现象称为电极的极化。
在电极的极化引发的电极反应中，电极电位随电流密度变化的关系曲线，称为极化曲线(polarization curve)。它的测量和研究是电极反应动力学的重要内容，其结果也是电化学过程控制的重要依据。此外，极化曲线的测定除应用于金属防腐蚀和材料的环境适应性等研究之外，在电镀行业中也有重要应用。
由于在两电极体系中，电流发生变化时，阴、阳两电极的电极电势均发生变化，故不能用两电极体系法测定极化曲线。
所以，现行之极化曲线测量均采用三电极体系(即工作电极、辅助电极和参比电极)，其中，待测之金属材料构成工作电极(working electrode，简称WE)；与工作电极构成电流回路、以形成对研究电极极化的电极称为辅助电极(counter electrode，简称CE)；参比电极(reference electrode，简称RE)是测量研究电极电势的比较标准，与研究电极组成测量电池。
将三电极体系及极化曲线测量技术应用到金属腐蚀的研究中，对环境试验中腐蚀的电化学研究测试带来了突破性进展，可对薄液层乃至吸附液层下的金属进行电化学测量，得到薄液膜下的金属的电极电位及金属在较薄液膜下的曲线，进而研究金属的大气腐蚀规律，从而克服了常规电化学方法在大气腐蚀研究中受到的限制。
薄液层下金属极化曲线的测定对研究金属耐大气环境腐蚀作用具有重要意义。
当工作电极表面的液层厚度在100微米以上时，可使用传统的埋藏式三电极方法测定极化曲线(参见Cheng Y L，Zhang Z，Cao F H，et al“A study of the corrosion ofaluminum alloy 2024-T3under thin electrolyte layers”，Corrosion Science，2004，46(7)：1649-1667.)，但液层在100微米以下时，三电极之间的溶液电阻会严重影响极化曲线的测定结果，甚至使测定结果严重失真。
公告日为2001年5月9日、公告号为CN 2429828Y的中国专利“电极电位智能测量仪”和公告日为2002年1月30日、公告号为CN 2475033Y的中国专利“一种电解池”，前者提出了以单片机为核心，采用曲线拟合方法，直接推算出消除IR降的电极电位值，后者通过设置精确位移调节器，保持一只参比电极距试样表面的距离是另一只参比电极距试样表面距离的2倍，由此消除介质电阻以获得真实的极化曲线。上述技术方案的发明目的都是为消除电化学参数测量时的介质电阻对测量结果的影响，但是，由于其仍然采用传统的“三电极”测量体系，故不适用于在液膜厚度小于100微米时进行的相应测定工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测定薄液层下金属极化曲线的方法及所用的装置，其测量电极组采用非接触式电极加辅助电极的结构，解决了现有“三电极”之间的溶液电阻IR会严重影响极化曲线测定结果的问题，对测量体系的电化学行为没有干扰，可准确测定1微米～300微米间液层厚度下金属的极化曲线。
本发明的技术方案是：提供一种测定薄液层下金属极化曲线的方法，其特征是：
(1)将一个工作电极通过导线连接到恒电位仪的工作电极输入端W，将两个辅助电极通过导线分别与恒电位仪的输入端C和参比电极输入端R对应连接；
(2)在电解池上方设置一个大气腐蚀电位非接触测量装置；
(3)通过调节工作电极表面上的溶液量，控制工作电极表面的液膜厚度至所需值；
(4)用恒电位仪进行恒电流极化；
(5)同时用大气腐蚀电位非接触测量装置测定工作电极的电位，获得极化曲线上的一个极化状态点；
(6)改变极化电流密度，重复上述(4)～(5)步骤；
(7)每改变一次极化电流密度后立即测定工作电极的电位，并获得一个极化状态点；
(8)将上述获得的多个极化状态数据点平滑连接，绘制出极化曲线。
具体的，所述之工作电极表面的液膜厚度最少为1微米。
其大气腐蚀电位非接触测量装置的探头设置在工作电极上方。
进一步的，所述大气腐蚀电位非接触测量装置的惰性金属振动探头设置在工作电极上方。
本发明还提供了一种测定薄液层下金属极化曲线的装置，包括工作电极、辅助电极、电解池和恒电位仪，其特征是：工作电极通过导线连接到恒电位仪的工作电极输入端W；设置两个辅助电极；两个辅助电极分别放在一个电解池内溶液槽的底部；两辅助电极通过导线与恒电位仪的输入端C和参比电极输入端R连接；在电解池上方设置一个大气腐蚀电位非接触测量装置。
其大气腐蚀电位非接触测量装置的惰性金属振动探头设置在工作电极上方。
所述电解池之竖向断面为“山”字形或近似“W”字形结构；工作电极设置在中间的凸起部位；其两侧各设置一溶液槽，在溶液槽的底部分别设置一辅助电极；电解池两边的顶部到底部的高度大于工作电极之上端部到底部的高度；在溶液槽中灌注/充填有溶液。
所述溶液的液面高度大于工作电极之上端面的高度。
与现有技术比较，本发明的优点是：
1.采用非接触式电极加辅助电极的“二电极”结构和相应之方法，测量薄液膜下金属材料极化曲线，避免了溶液电阻对测定的极化曲线的影响；
2.电位测定装置不接触测量体系，对测量体系的电化学行为没有干扰；
3.能够测定极薄液层(最薄可达1微米)下的极化曲线，为分析大气腐蚀作用机理提供重要判据。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为所测得的薄液层下金属极化曲线。
图中，1为恒电位仪，2为大气腐蚀电位非接触测量装置的惰性金属振动探头，3为工作电极，4为辅助电极，5为电解池，6为溶液。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1中，本发明之测定薄液层下金属极化曲线的装置，包括工作电极、辅助电极、电解池和恒电位仪，其工作电极3通过导线连接到恒电位仪1的工作电极输入端W；设置两个辅助电极4；两个辅助电极分别放在一个电解池5内溶液槽的底部；两辅助电极通过导线与恒电位仪的输入端C和参比电极输入端R连接；在电解池上方设置一个大气腐蚀电位非接触测量装置。
其大气腐蚀电位非接触测量装置的惰性金属振动探头2设置在工作电极上方。
所述电解池之竖向断面为“山”字形或近似“W”字形结构；工作电极设置在中间的凸起部位；其两侧各设置一溶液槽，在溶液槽的底部分别设置一辅助电极；电解池两边的顶部到底部的高度大于工作电极之上端部到底部的高度；在溶液槽中灌注/充填有溶液6。
所述溶液的液面高度大于工作电极之上端面的高度。
上述大气腐蚀电位非接触测量装置的具体内容可参见ZL03217101.3之名为“大气腐蚀电位非接触测量装置”的中国专利中所公开的相关内容，在此不再叙述。
其测定薄液层下金属极化曲线的方法，至少包括下列步骤：
(1)将工作电极通过导线连接到恒电位仪的工作电极输入端W，将辅助电极通过导线分别与恒电位仪的输入端C和参比电极输入端R对应连接；
(2)在电解池上方设置大气腐蚀电位非接触测量装置；
(3)通过调节工作电极表面上的溶液量，控制工作电极表面的液膜厚度至所需值；
(4)用恒电位仪进行恒电流i1极化；
(5)同时用大气腐蚀电位非接触测量装置测定工作电极的电位E1，获得极化曲线上的一个极化状态点A1；
(6)改变极化电流密度，重复上述(4)～(5)步骤；
(7)依次类推，每改变一次极化电流密度后立即测定工作电极的电位Ei，并获得一个极化状态点Ai；
(8)将上述获得的多个极化状态数据点平滑连接，绘制出极化曲线。
其中，调节工作电极表面上的溶液量，控制工作电极表面的液膜厚度至所需值的具体方法可以参见ZL 01216631.6之名称为“手动控制液面高度电解池”的中国专利中所公开的相关内容，在此不再叙述。
该电解池5为有机玻璃或其他非金属材料粘接制成。
图2中，依次测出50微米液层厚度下8个不同极化电流密度和相应的电位值，获得A1～A8等8个极化状态点，将各点平滑连接，即可绘制出相应的极化曲线。
通过使用本发明之方法和装置，能对大气腐蚀作用机理进行研究，评价金属的耐大气腐蚀性能。
例如，根据不同液层厚度下阴极极化曲线和极限电流密度变化，得知薄液层下氧还原反应速度在20微米液层厚度时存在一个极大值，液层过厚或过薄时阴极极限电流密度都将降低，表明氧还原反应在20微米薄液层厚度下发生反应机理的转变，为分析大气腐蚀作用机理提供了一个重要判据。
本发明可广泛用于各种金属或导电材料极化曲线的获得、金属防腐蚀和材料的环境适应性等研究领域。
Claims (8)
1.一种测定薄液层下金属极化曲线的方法，其特征是：
(1)将一个工作电极通过导线连接到恒电位仪的工作电极输入端W，将两个辅助电极通过导线与恒电位仪的输入端C和参比电极输入端R连接；
(2)在电解池上方设置一个大气腐蚀电位非接触测量装置；
(3)通过调节工作电极表面上的溶液量，控制工作电极表面的液膜厚度至所需值；
(4)用恒电位仪进行恒电流极化；
(5)同时用大气腐蚀电位非接触测量装置测定工作电极的电位，获得极化曲线上的一个极化状态点；
(6)改变极化电流密度，重复上述(4)～(5)步骤；
(7)每改变一次极化电流密度后立即测定工作电极的电位，并获得一个极化状态点；
(8)将上述获得的多个极化状态数据点平滑连接，绘制出极化曲线。
2.按照权利要求1所述之测定薄液层下金属极化曲线的方法，其特征是所述之工作电极表面的液膜厚度最少为1微米。
3.按照权利要求1所述之测定薄液层下金属极化曲线的方法，其特征是所述大气腐蚀电位非接触测量装置的探头设置在工作电极上方。
4.按照权利要求3所述之测定薄液层下金属极化曲线的方法，其特征是所述大气腐蚀电位非接触测量装置的惰性金属振动探头设置在工作电极上方。
5.一种测定薄液层下金属极化曲线的装置，包括工作电极、辅助电极、电解池和恒电位仪，其特征是：
工作电极通过导线连接到恒电位仪的工作电极输入端W；
设置两个辅助电极；
两个辅助电极分别放在一个电解池内溶液槽的底部；
两辅助电极通过导线与恒电位仪的输入端C和参比电极输入端R连接；
在电解池上方设置一个大气腐蚀电位非接触测量装置。
6.按照权利要求5所述的测定薄液层下金属极化曲线的装置，其特征是所述大气腐蚀电位非接触测量装置的惰性金属振动探头设置在工作电极上方。
7.按照权利要求5所述的测定薄液层下金属极化曲线的装置，其特征是所述电解池之竖向断面为“山”字形或近似“W”字形结构；工作电极设置在中间的凸起部位；其两侧各设置一溶液槽，在溶液槽的底部分别设置一辅助电极；电解池两边的顶部到底部的高度大于工作电极之上端部到底部的高度；在溶液槽中灌注/充填有溶液。
8.按照权利要求5所述的测定薄液层下金属极化曲线的装置，其特征是所述溶液的液面高度大于工作电极之上端面的高度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20080528 |