CN107831108B - 一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试方法与装置 - Google Patents

Abstract

基于自动覆膜与微液池的电化学测试方法与装置，涉及金属腐蚀、自动覆膜技术、微区电化学及系统性数据积累应用技术领域。构成包括自动覆膜系统、微液池测试系统、测试液更新系统、高精度XYZ三维移动平台、显微监控系统、电化学测试系统、存储及控制系统及在各系统间控制指令与测试数据有效传输的连接系统。采用模块化设计，可拓展性高，将自动覆膜技术和微液池测试系统结合，对显微镜下试样目标研究区域进行即时电化学封样与测量，精准控制工作电极反应面积，具有高溶液量/工作电极反应面积比，能减小反应产物的影响，消除缝隙腐蚀，降低漏液、堵塞、氧扩散发生风险，测试过程中具有更低的溶液电阻，实现了微区电化学的自动化封样及测量。

Description

一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试方法与装置

技术领域

本发明涉及金属腐蚀、自动覆膜技术、微区电化学及系统性数据积累应用技术领域。具体涉及一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试方法与装置。

背景技术

金属材料的成分及其分布、微观组织结构、材料内的缺陷情况、受力情况(包括材料的内应力和外界施加应力)等多方面的因素均可能对金属材料的腐蚀行为(腐蚀类型及腐蚀速率)产生影响。同一宏观成分的金属其微观组织结构与成分分布存在差异时即使在同一溶液中不仅腐蚀速率、甚至腐蚀机理都可能不同。传统电化学技术在进行金属局部腐蚀研究时，试样封装暴露面积通常为mm²-cm²，难以在微米或亚微米尺度域上进行测量，表征的是材料整体的电化学行为，对于微米尺度上单相如夹杂或者第二相，很难甚至不能给出局部的电化学信息，从而限制了对许多复杂腐蚀体系和腐蚀机理的研究。

常规微区电化学技术受限于方法和装置的发展，目前主要可划分为以下两种：

1)扫描探针测量，基于把参比电极做成微/超微电极，将暴露面积通常为mm2-cm2的试样浸入溶液中，通过微参比电极扫描样品表面来测量电位或电流梯度。该方法对探针制备技术要求较高，实验过程中测量的是整个浸没表面耦合的平均电流信号，而不是微区局部腐蚀电流信号，并且缺少电化学动力学过程信息；

2)微区技术，基于把测试区域做小，减小暴露面积，制成电化学微液池，对试样表面目标区域进行选择性测量，从而进行金属局部电化学信息表征。微区技术是在基体限定反应面积上(微米～百微米尺度)进行电化学测量的方法。通常有两种主要方法：A)用玻璃、贵金属、塑料等制作微细管，运用微细管将测试液固定在样品表面，工作电极区域由微细滴管内径限定，通常利用微细管尖端部分封涂硅胶或利用液体自身表面张力限定测试液。微细管尖端部分硅胶通常不能做到硅胶截面完全平整或硅胶层厚度一致，在与金属试样表面接触时，可能导致漏液、氧扩散、金属表面缝隙腐蚀等问题；利用溶液自身表面张力来控制液滴则更容易引发漏液及氧扩散问题，可能会导致试样表面微区面积和欧姆电阻发生变化，从而导致对试样局部电化学信息的不正确评价。手工制作的微细管很难在形状、开口大小上保持可重复性；毛细管拉拔设备制作的微细管对设备精度要求高，并且需要丰富的制备经验以保证微细管的高质量和稳定性，即使如此也难保证测试区域面积的精确性，导致腐蚀动力学参数误差的提高，进而需要额外的校准方法(例如循环伏安法)对反应面积进行修正。通常微细管口径减小需要较长的过渡(3～5cm)，从而导致在低电导率的测试液中造成很高的欧姆电阻，口径小于100μm以后，该效应会更加突出，因此需要恒电位仪具有很高的输入电阻以提高对微电流测量的灵敏度，对仪器设备要求较高。而高电导率的测试液极易造成微细管管口发生结晶而堵塞导致实验失败；B)在显微镜下利用手工喷涂覆膜材料将工作电极上暴露的区域缩小，受限于方法原理，这种方法不利于更广泛的应用，且由于手工操作，覆盖/裸露的尺寸难以达到微米尺度；而激光烧灼选定区域的方法在样品制备时间和成本上将极大提高，并且可控性差，对于微米尺度的精确控制受限于激光技术的发展而不利于试样的制备。

当需要在金属表面做多个点的微区测量时，受限于方法和装置，需要耗费较长时间进行下一个点的定位和测量工作，测量效率较低。

综上所述，有必要提出一种合理简便的、科学的微区电化学研究方法，研制一种高效率的微区电化学研究装置，探究金属材料微区电化学动力学参数，进一步深入研究复杂的腐蚀体系和腐蚀机理。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试方法与装置，对显微镜下金属试样目标区域即时进行电化学封样与测量，并克服现有微区电化学测量技术中存在的方法和装置中的如漏液、氧扩散、高欧姆电阻等问题及缺陷，保证金属微区电化学测量过程中的科学性和严谨性，提高金属试样微区电化学测量效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试装置，所述电化学测试装置包括：

自动覆膜系统，能够在金属试样表面根据需要对待测金属试样微区以外的其他区域进行覆膜，完成金属试样微区电化学封样；

微液池测试系统，用于提供待测金属试样微区电化学测量所需的稳定的微液池及提供三电极体系中对电极与参比电极，且能够寻找、定位所述待测金属试样微区的位置；

高精度XYZ三维移动平台系统，能够在三维方向调整金属试样的位置和角度；

电化学测试系统，能够对所述待测金属试样微区进行电化学实验测量；

所述电化学测试装置还包括测试液更新系统，所述测试液更新系统能够在试验开始前吹落微细管尖端液滴，完成测试液更新，降低测试液对待测金属试样微区电化学信息表征的影响；

存储及控制系统，能够存储试验过程中产生的各种数据，对所述装置中的各个系统进行统一协调控制；

连接系统，能够实现所述装置中各系统间的数据、指令的通讯连接以及物质输送。

进一步地，所述自动覆膜系统包括覆膜机，根据金属试样显微镜下金相照片，选择晶界、晶粒内部、夹杂或其他任一特征区域作为目标研究区域，即待测金属试样微区，随后覆膜机自动对选择的目标研究区域外的其他区域进行覆膜，完成金属微区电化学封样。

进一步地，所述覆膜机选用3D打印覆膜或2D喷墨打印。

进一步地，所述3D打印覆膜具体采用立体光固化成型法或熔融沉积制造法。

其中，1)3D打印覆膜，包括但不限于3D打印中的如下两种工艺：

A)立体光固化成型法(SLA工艺)：立体光固化成型法是指利用离散程序将模型进行切片处理，设计扫描路径，产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动，激光光束通过数控装置控制的扫描器，按设计的扫描路径照射到液态光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固化，当一层加工完毕后，就生成模型的一个截面；然后升降台下降一定距离，固化层上覆盖另一层液态树脂，再进行第二层扫描，第二固化层牢固地粘结在前一固化层上，这样一层层叠加而成模型原型。在本发明中，采用立体光固化成型法进行覆膜的具体操作为，在显微镜下选取金属试样表面的目标研究区域后，自动将拍摄的金相照片镜像转为一层的3D模型切片数据，金相照片镜像转化3D模型时XY方向为显微镜下视野范围内的尺寸大小，选取的目标研究区域在模型上为孔洞结构，模型Z方向，覆膜层厚通常选择一层即可，也可根据需要进行多层打印覆膜，打印过程直接以金属试样表面作为支撑，但此工艺需要添加一个自动清洗装置用于洗去试样表面目标研究区域未固化的光敏性材料，并增加相应的干燥装置，以便进行接下来的微液池电化学测量；

B)熔融沉积制造法(FDM工艺)：熔融沉积制造法是指根据三维模型，把模型转化为一层一层的层片模型，进行相应的模型支撑制作，随后加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在制作面板上，快速冷却后形成一层薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，一层层“画出”截面轮廓，如此循环，最终形成模型。在本发明中，采用熔融沉积制造法进行覆膜的具体操作为，在显微镜下选取目标研究区域后，自动将拍摄的金相照片镜像转为一层的3D模型切片数据，金相照片镜像转化3D模型时XY方向为显微镜下视野范围内的尺寸大小，选取的目标研究区域在模型上为孔洞结构，模型Z方向，覆膜层厚通常选择一层即可，也可根据需要进行多层打印覆膜，打印过程直接以金属试样表面作为支撑，在材料表面进行目标研究区域不打印，其余部位进行打印，打印材料可选用光敏树脂或其他材料，完成金属试样电化学封样。

2)2D喷墨打印：选用合适材料，利用喷墨打印技术，以金属试样为底板，将圈选的目标研究区域设为空白，其余未圈选部分设为喷涂区，随后将圈选后的金相照片原位喷涂于金属试样表面，完成金属试样电化学封样。

根据显微镜下金属试样金相照片，圈选晶界、晶粒内部、夹杂或其他特征区域作为目标研究区域，或利用内置圈选图形工具，如四方形、圆形等，并可设置边长、直径等或拖动鼠标改动大小，或提供绘画笔工具，手动圈选感兴趣研究区域，无论内置圈选工具还是手动圈选，均可同时圈选多处目标研究区域，自动确认各圈选区域的尺寸信息、相对位置坐标信息等并予以编号，镜像转换覆膜模型时，将试样表面各圈选微区信息以及位置相对坐标参数信息等一并转换，以便进行接下来的覆膜机覆膜以及微液池电化学自动化测量。

需要说明的是覆膜技术方法和工艺的选择以及其覆膜控制精度的发展并未脱离本发明的发明理念，均是对显微镜下的金属试样目标研究区域进行即时电化学封样与测量。

所述微液池测试系统包括光学显微镜、液池、

微细管、微细管连接座、微细管顶部硅胶圈、进液控制组件、参比电极、对电极；

所述光学显微镜用于电化学试验前后对金属试样表面微区的金相及组织进行观察，且用于寻找待测金属试样微区位置实现待测金属试样微区的精确定位；

所述液池用于存放测试液，与所述光学显微镜连接；

所述微细管为中空的锥形柱，一端为尖端，另一端为粗端；所述尖端用作电化学实验时与金属试样表面的待测金属试样微区相接触的测试区，所述尖端的内径大于待测金属试样微区的尺寸，当有多个待测金属试样微区时，保证仅某一待测覆膜微区落在所述微细管的尖端内径中；

所述微细管连接座用于将所述微细管固定至所述液池，所述微细管连接座与所述液池通过螺纹连接并且两者内部连通，连通部分的管路的内部直径与所述微细管粗端的外径一致，以保证测试液与微细管有效连通；且所述微细管连接座的内部为弹性结构，与所述微细管紧密连接，以保证不漏液；

所述微细管顶部硅胶圈为通过蘸涂方式在所述微细管顶部进行封涂而形成；

所述进液控制组件，用于实现所述液池中溶液向所述微细管的进液，进液控制方式为通过针筒式推液器控制液池中溶液向微细管的进液，其进液方式可选择自动或手动模式；

所述参比电极伸入所述液池内部，用于电化学测量中的三电极体系；

所述对电极伸入所述液池内后，伸入至所述微细管的尖端，以减少溶液的电压降，用于电化学测量中的三电极体系。

进一步地，所述高精度XYZ三维移动平台用于承载金属试样；所述高精度XYZ三维移动平台能够调控移动方向、移动速度、步移动长及移动频率，实现所述微细管与待测金属试样微区的接触与脱离；同时所述高精度XYZ三维移动平台配合所述光学显微镜调整金属试样位置和角度，以实现金属试样表面待测金属试样微区的精确定位。

进一步地，所述电化学测试装置还包括显微监控系统，所述显微监控系统能够对整个金属试样微区电化学测试过程实时监控，观察测试液和试样表面接触情况，监测是否漏液。

进一步地，所述存储及控制系统包括综合控制单元，所述综合控制单元对覆膜机与光学显微镜协同控制，自动或手动圈选金相照片中的目标研究区域，随后自动将金相照片镜像转为一层的3D模型切片数据或2D模型数据，根据光学显微镜的放大倍数及标尺，自动给出覆膜微区的尺寸以及相对位置坐标信息，能够进行实验过程中数据的采集与存储，且所述综合控制单元能够对所述微液池测试系统中的进液过程、所述测试液更新系统中的进气控制阀、所述显微监测系统中的长焦显微镜观测、所述电化学测试系统的测量程序及所述高精度XYZ三维移动平台进行协调控制。

一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试方法，所方法采用所述电化学测试装置，所述方法将自动覆膜技术和微液池测试系统相结合，对显微镜下金属试样的目标研究区域进行即时电化学封样与测量，精准控制工作电极反应面积；且所述微液池测试系统中所述微细管配合待测金属试样微区保证电化学测试过程中精确定位不漏液，光学显微镜配合高精度XYZ三维移动平台调整金属试样位置和角度，快速实现微区的精确定位及进行测量点的切换，缩短测试时间，提高测试效率。

进一步地，所述方法具体为：根据显微镜下金属试样金相照片，利用内置圈选工具或绘画笔工具圈选目标研究区域，可同时圈选多处目标研究区域，根据光学显微镜放大倍数及标尺，综合控制单元自动确认各圈选区域的尺寸信息及相对位置坐标并编号，随后综合控制单元自动将拍摄的金相照片镜像转为一层的3D模型切片数据发送至3D打印机，高精度XYZ三维移动平台将金属试样观察区域水平移动至3D打印机挤压喷嘴下方，打印端头以所述光学显微镜物镜中心为起点，根据各圈选区域相对位置坐标信息对一个视野范围内圈选区域外进行打印覆膜，完成金属试样微区电化学封样；再次将完成微区电化学封样的金属试样原位移回光学显微镜下方，将所述光学显微镜转到微液池模式，开始电化学测试。

本发明的有益技术效果：

1)本发明所述方法利用自动覆膜技术能够实现在金属试样表面根据研究需要在目标区域“封装”出金属微区电化学样品，通过覆膜微区配合微液池测试系统进行金属微区电化学测试表征，能精准控制工作电极反应面积，提高接触界面溶液量/工作电极反应面积比，减小反应产物对测试的影响，降低测试过程发生漏液、外界氧气向内扩散和微细管发生堵塞的风险，消除缝隙腐蚀发生的可能性。

2)本发明所述方法能够自动识别试样表面各覆膜微区位置相对坐标参数信息，高精度XYZ三维移动平台控制金属试样Z向上升/下降移动，XY向移动，快速自动进行微区的精确定位及切换，配合微液池测试系统实现了金属试样微区电化学的自动化测试，大幅度提高了研究效率。

3)本发明所述装置中的显微监控系统方便清晰的观察测试液和试样接触情况，并监测微细管是否堵塞、测试液是否漏液等问题，大大提高了微区电化学实验的稳定性。

4)在本发明中，覆膜微区配合微液池测试系统使得金属微区暴露面积不再单纯的取决于微细管的制作技术，而更多的依赖覆膜技术微结构的尺寸，利用覆膜技术可进行金属微区封样，而只需保证微细管口径大于覆膜微区图形尺寸且小于各微区间距即可，与传统技术相比该结构微细管过渡区的减小缩短了微细管尖端处液柱高度，显著降低了电化学测试过程中的欧姆电阻有更低的溶液电阻。

5)本发明所述装置模块化设计使得设备可拓展性高，更新升级方便快捷，有利于该方法的广泛推广。

附图说明

图1为本发明实施例中基于自动覆膜与微液池的电化学测试装置构成示意图；

图2为本发明实施例中所述微液池测试系统局部放大构成示意图；

图3为本发明实施例中所述自动覆膜系统熔融沉积制造法覆膜机构成示意图；

图4为本发明实施例中所述自动覆膜系统覆膜示意图及测试路线图；

附图标记：1.气瓶；2.进气控制阀；3.气管；4.喷嘴；5.控制指令及数据传输电缆；6.电化学工作站；7.光学显微镜；8.覆膜机；9.高精度XYZ三维移动平台；10.中控计算机；11.长焦显微镜；12.长焦显微镜支架；13.表面覆膜；14.微细管顶部硅胶圈；15.微细管；16.微细管连接座；17.液池；18.对电极；19.参比电极；20.进液控制组件；21.待测金属试样微区；22.金属试样；23.挤压喷嘴；24.热熔器；25.进丝结构；26.覆膜材料丝卷。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

本实施例提供一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试装置，其特征在于，所述电化学测试装置包括：

自动覆膜系统，能够在金属试样表面根据需要对待测金属试样微区以外的其他区域进行覆膜，完成金属试样微区电化学封样；

微液池测试系统，用于提供待测金属试样微区电化学测量所需的稳定的微液池及提供三电极体系中对电极与参比电极，且能够寻找、定位所述待测金属试样微区的位置；

高精度XYZ三维移动平台系统，能够在三维方向调整金属试样的位置和角度；

电化学测试系统，能够对所述待测金属试样微区进行电化学实验测量；

存储及控制系统，能够存储试验过程中产生的各种数据，对所述装置中的各个系统进行统一协调控制；

连接系统，能够实现所述装置中各系统间的数据、指令的通讯连接以及物质输送。

所述装置能够实现金属试样表面微区自动封样及电化学信息自动表征，高效、简便的完成金属试样微区电化学试验。

在所述装置中：

1)自动覆膜系统，本实施例以3D打印覆膜中的熔融沉积制造法(FDM工艺)为例。采用熔融沉积制造法进行覆膜，在本实施例中采用的熔融沉积制造法覆膜机(如图3所示)主要包括覆膜材料丝卷26、进丝机构25、热熔器24、挤压喷嘴23。所述覆膜材料丝卷26为热塑性丝状材料，材料选用固化过程中变形较小，且与金属表面具有良好的粘结性能，并具有一定的弹性的热塑性材料；进丝机构25负责覆膜时将覆膜材料丝送至热熔器24中；热熔器24负责将覆膜材料加热至熔融状态，以便进行覆膜；挤压喷嘴23负责将熔融状态的覆膜材料涂敷至金属试样表面金相照片未圈选区域，完成金属试样表面微区电化学封样。

以高精度XYZ三维移动平台9为基准，3D打印机挤压喷嘴23与光学显微镜7的物镜处于同一平面上，以方便对金属试样22观察金相，在金相照片上圈选后，将金属试样22观察区域水平送至3D打印机下方进行覆膜，亦可采取观察高精度XYZ三维移动平台9下降一定距离，3D打印机移动至金属试样22上方进行原位定位并覆膜，可以视野中心点为起始零点进行定位以及计算各覆膜微区的相对位置坐标。

2)微液池测试系统，包括光学显微镜7、液池17、微细管15、微细管连接座16、微细管顶部硅胶圈14、进液控制组件20、参比电极19、对电极18。

所述光学显微镜具备光学定位模式和微液池实验两种模式，所述光学定位模式为所述高精度XYZ三维移动平台配合所述光学显微镜对电化学试验前后对金属试样表面微区的金相及组织进行观察，快速寻找金属试样待测微区，实现微区的精确定位；所述微液池实验模式，即将所述光学显微镜的物镜移走，将所述微液池移动至原物镜位置，用于提供电化学测量所需的必要的结构装置。

所述光学显微镜7用于电化学试验前后对金属试样表面微区的金相及组织进行观察，且用于寻找待测金属试样微区位置实现待测金属试样微区的精确定位；

所述液池17用于存放测试液，与所述光学显微镜3通过螺纹连接；

所述微细管15为中空的锥形柱，一端为尖端，另一端为粗端；所述尖端用作电化学实验时与金属试样22表面的待测金属试样微区21相接触的测试区，使得测试液与金属试样22相连通，可根据需要进行更换，使得所述装置对待测金属试样微区电化学高通量样品在多尺寸金属暴露区域测量间进行选择切换；只需保证所述微细管15尖端内径略大于待测金属试样微区尺寸即可，多个待测金属试样微区同时存在时微细管15尖端内径不得超过与其他待测金属试样微区的间距，以保证不会有其周边的待测金属试样微区落在所述微细管15尖端内径中；以保证仅某一待测金属试样微区落在所述微细管的尖端内径中；

所述微细管连接座16用于固定所述微细管15与所述液池17，所述微细管连接座与所述液池通过螺纹连接并且两者内部连通，连通部分的管路的内部直径与所述微细管15粗端的外径一致，以保证测试液与微细管15有效连通；且所述微细管连接座的内部为弹性结构，与所述微细管紧密连接，以保证不漏液

所述微细管顶部硅胶圈14为通过蘸涂方式在所述微细管15顶部进行封涂而形成，用于保证微细管15与金属试样22表面覆膜13接触时不漏液同时防止氧扩散；

所述进液控制组件20用于实现液池中溶液向微细管的进液，进液控制方式为通过针筒式推液器控制液池中溶液向微细管的进液，推液方式可选择手动和自动两种模式；所述进液控制组件20还可用来补充所述液池17内测试液，当需要补充液池内测试液时，将推液器部分完全移出即可；

所述参比电极19伸入所述液池17内部，略微倾斜，方便参比电极内测试液的存液，用于电化学测量中的三电极体系；

所述对电极18伸入所述液池17内后，进一步伸入所述微细管15尖端，尽可能的靠近金属试样22表面微区，可减少溶液的电压降，用于电化学测量中的三电极体系。

3)所述高精度XYZ三维移动平台9位于所述载物台下方，与载物台通过螺丝硬连接，所述高精度XYZ三维移动平台9可进行手动调节，或可通过综合控制单元设置运行程序进行自动调节，调控移动方向、速度、步长及移动频率，用于实现所述微细管15与金属试样22微区的接触与脱离，同时配合所述光学显微镜7调整试样位置和角度，实现金属试样22表面待测金属试样微区的精确定位，以及自动化测量时通过综合控制单元进行测量点的切换。

4)所述电化学测试系统主要为电化学工作站6，与所述参比电极19、对电极18以及金属试样22通过导线连接，形成三电极体系，用于对所述金属试样22进行微区电化学信息测量。

5)所述测试液更新系统主要包括喷嘴5、气管6、气瓶11、进气控制阀10，所述喷嘴5用于将气流集中喷射，将所述微细管15尖端测试液吹落；所述气管6用于连接气瓶与喷嘴，连接方式为螺纹连接；所述气瓶11用于存放高压气体，通常为惰性气体，但也可根据需要自行选择；所述进气控制阀10连接于气瓶11与气管6之间，并与中控计算机1相连，与进液控制组件20协同作用，在实验开始前完成测试液的更新。

6)本实施例所述装置还可以包括所述显微监控系统，所述显微监控系统包括长焦显微镜9、长焦显微镜支架12，所述长焦显微镜9用于在金属试样22表面金属试样微区电化学测量表征时，对整个测试过程进行实时监控，方便清晰的观察所述微细管15内测试液和试样的接触情况，监测所述微细管15内是否存在气泡，是否漏液；所述长焦显微镜支架12用于调整所述长焦显微镜9高度、角度及与待观测区的距离，以保证所述长焦显微镜9的正常工作。

7)所述存储及控制系统主要包括中控计算机10以及综合控制单元，所述中控计算机10负责装置的时间统一及协调各个系统的运行控制并用来存储试验过程中产生的各种数据；所述综合控制单元在设定文件名命名规则后，可对测试结果进行自动顺序编号、存储同时保证数据与金属试样22表面覆膜金属试样微区编号间的对应性，实现所述装置各系统协调控制。

所述综合控制单元包括对所述覆膜机8与所述光学显微镜7的协同控制，根据光学显微镜7的金属试样金相照片特征区域的选取，对所述覆膜机8进行控制打印覆膜；包括对所述光学显微镜7对金属试样22表面微区的金相及组织观察时照片自动的存储与备份，对所述显微监测系统中的长焦显微镜11的视频/图像以及所述电化学测试系统测试数据的实时存储与备份；同时所述综合控制单元可根据光学显微镜7的放大倍数及标尺，自动给出覆膜微区的尺寸以及相对位置坐标信息，随后自动将拍摄的金相照片镜像转为一层的3D模型切片数据发送至覆膜机8；所述综合控制单元对所述高精度XYZ三维移动平台9设置程序进行自动调节，调控移动方向、速度、步长及移动频率，同时所述综合控制单元对进液控制组件20以及进气控制阀2进行协同控制，实验开始前，完成测试液的更新，所述综合控制单元还包括对所述显微监测系统中的图像识别技术，用于当微细管15内有气泡或发生液滴漏液时及时给出报警提示信息。

8)所述连接系统，用于实现所述装置中各系统间的数据、指令的通讯连接以及物质输送。包括控制电缆、各系统的控制与反馈接口、数据传输接口及数据线和各系统以及子系统之间的接口通讯协议等。

应当指出，在不脱离本发明专利所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，如在其外部整体或测试区域附近局域加设温湿度、气氛环境控制箱/罩，或加设样品温度调控设备，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。

本实施例还提供一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试方法，所方法采用上述电化学测试装置，所述方法将自动覆膜技术和微液池测试系统相结合，对显微镜下金属试样的目标研究区域进行即时电化学封样与测量，精准控制工作电极反应面积；且所述微液池测试系统中所述微细管配合待测金属试样微区保证电化学测试过程中精确定位不漏液，光学显微镜配合高精度XYZ三维移动平台调整金属试样位置和角度，快速实现微区的精确定位及进行测量点的切换，缩短测试时间，提高测试效率。

所述方法具体如下：

在所述光学显微镜7的光学模式下首先调整试样水平，调整水平的过程中要求误差要小于所述微细管15顶部所述硅胶圈14的弹性可调范围，以保证不漏液。利用光学显微镜7观察金属试样22金相，随后根据显微镜下金属试样金相照片，利用内置圈选工具或绘画笔工具圈选晶界、晶粒内部、夹杂或其他特征研究区域，一张金相照片中可同时圈选多处区域，根据光学显微镜放大倍数及标尺，并自动确认各圈选区域的尺寸信息及相对位置坐标并编号，随后自动将拍摄的金相照片镜像转为一层的3D模型切片数据发送至3D打印机，高精度XYZ三维移动平台9将金属试样22观察区域原位水平移动至3D打印机挤压喷嘴23下方，打印端头以所述光学显微镜物镜中心为起点，根据各圈选区域相对位置坐标信息对一个视野范围内圈选区域外进行打印覆膜，完成金属试样微区电化学封样。再次将完成微区电化学封样的金属试样22原位移回光学显微镜7下方，将所述光学显微镜7转到微液池模式，光学模式物镜镜头和微液池模式微细管15尖端同心，使所述微细管15尖端中心落在待测微区，根据圈选区域尺寸信息选用合适的微细管15尖端内径，从而保证所述装置对金属试样覆膜微区电化学样品的准确测量，保证所述微细管15尖端内径略大于覆膜微区尺寸，不超过与其他覆膜微区间距。

所述进液控制组件20手动/自动控制测试液进液，使得尖端处测试液稳定，正式开始实验。通过微细管15尖端和金属试样22表面覆膜微区之间的硅胶圈14将测试液限定在所述微细管15尖端，处于所述覆膜微区上方，与表面所覆膜紧密接触。通过所述显微监控系统调整待测试样表面所覆膜和微细管15尖端之间良好接触，保证微细管15内部无气泡，尖端不漏液。

调整好微细管15尖端测试液后，开始进行电化学实验测试(开路电位、极化曲线、交流阻抗等)，根据覆膜微区编号，自动顺序命名并存储实验数据。单点测试完成后，通过所述综合控制单元将所述高精度XYZ三维移动平台9自动控制样品台下降，同时进液控制组件20推出测试液，进气控制阀2打开，通过喷嘴4将测试液吹落，避免测试液落在金属试样22上方，完成测试液的更新。按照图4既定的覆膜微区测试路线及各覆膜微区相对位置坐标参数信息，所述高精度XYZ三维移动平台9控制表面待测试样XY向移动，Z轴上升移动，切换下一待测点，并通过所述显微监控系统监测下一待测点和微细管15针尖良好接触，重复上述测试操作实现试样微区的快速自动化测试，图4给出的为一种测试路线以及圈选金相组织覆膜示意图，可对金属试样金相照片的晶界、晶粒内部、夹杂等进行圈选，圈选方式多样，可采用内置圈选工具或绘画笔工具进行圈选，以视野中心点或选定点为基准点，综合控制单元自动确认其尺寸信息以及相对位置坐标信息，并对测试方向路线进行设置，并可根据电化学试验前金相和组织的观察结果通过综合控制单元设置程序跳过某些特定覆膜微区。

所述方法为利用自动覆膜技术在金属试样22表面进行目标研究区域外自动覆膜，完成金属微区电化学封样，微液池测试系统中所述微细管15配合覆膜微区保证电化学测试过程中精确定位不漏液，光学显微镜7配合高精度XYZ三维移动平台9调整金属试样22位置和角度，快速实现微区的精确定位及进行测量点的切换，缩短测试时间，提高测试效率。

Claims (9)

1.一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试装置，其特征在于，所述电化学测试装置包括：

自动覆膜系统，能够在金属试样表面根据需要对待测金属试样微区以外的其他区域进行覆膜，完成金属试样微区电化学封样；

微液池测试系统，用于提供待测金属试样微区电化学测量所需的稳定的微液池及提供三电极体系中对电极与参比电极，且能够寻找、定位所述待测金属试样微区的位置；

高精度XYZ三维移动平台系统，能够在三维方向调整金属试样的位置和角度；

电化学测试系统，能够对所述待测金属试样微区进行电化学实验测量；

所述电化学测试装置还包括测试液更新系统，所述测试液更新系统能够在试验开始前吹落微细管尖端液滴，完成测试液更新，降低测试液对待测金属试样微区电化学信息表征的影响；

存储及控制系统，能够存储试验过程中产生的各种数据，对所述装置中的各个系统进行统一协调控制；

连接系统，能够实现所述装置中各系统间的数据、指令的通讯连接以及物质输送，

其中，所述微液池测试系统包括光学显微镜、液池、

微细管、微细管连接座、微细管顶部硅胶圈、进液控制组件、参比电极、对电极；

所述光学显微镜用于电化学试验前后对金属试样表面微区的金相及组织进行观察，且用于寻找待测金属试样微区位置实现待测金属试样微区的精确定位；

所述液池用于存放测试液，与所述光学显微镜连接；

所述微细管为中空的锥形柱，一端为尖端，另一端为粗端；所述尖端用作电化学实验时与金属试样表面的待测金属试样微区相接触的测试区，所述尖端的内径大于待测金属试样微区的尺寸，当有多个待测金属试样微区时，保证仅某一待测覆膜微区落在所述微细管的尖端内径中；

所述微细管连接座用于将所述微细管固定至所述液池，所述微细管连接座与所述液池通过螺纹连接并且两者内部连通，连通部分的管路的内部直径与所述微细管粗端的外径一致，以保证测试液与微细管有效连通；且所述微细管连接座的内部为弹性结构，与所述微细管紧密连接，以保证不漏液；

所述微细管顶部硅胶圈为通过蘸涂方式在所述微细管顶部进行封涂而形成；

所述进液控制组件，用于实现所述液池中溶液向所述微细管的进液，进液控制方式为通过针筒式推液器控制液池中溶液向微细管的进液，其进液方式可选择自动或手动模式；

所述参比电极伸入所述液池内部，用于电化学测量中的三电极体系；

所述对电极伸入所述液池内后，伸入至所述微细管的尖端，以减少溶液的电压降，用于电化学测量中的三电极体系。

2.根据权利要求1所述一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试装置，其特征在于，所述自动覆膜系统包括覆膜机，根据金属试样显微镜下金相照片，选择晶界、晶粒内部、夹杂或其他任一特征区域作为目标研究区域，即待测金属试样微区，随后覆膜机自动对选择的目标研究区域外的其他区域进行覆膜，完成金属微区电化学封样。

3.根据权利要求2所述一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试装置，其特征在于，所述覆膜机选用3D打印覆膜或2D喷墨打印。

4.根据权利要求3所述一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试装置，其特征在于，所述3D打印覆膜具体采用立体光固化成型法或熔融沉积制造法。

5.根据权利要求2所述一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试装置，其特征在于，所述高精度XYZ三维移动平台用于承载金属试样；所述高精度XYZ三维移动平台能够调控移动方向、移动速度、步移动长及移动频率，实现所述微细管与待测金属试样微区的接触与脱离；同时所述高精度XYZ三维移动平台配合所述光学显微镜调整金属试样位置和角度，以实现金属试样表面待测金属试样微区的精确定位。

6.根据权利要求1所述一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试装置，其特征在于，所述电化学测试装置还包括显微监控系统，所述显微监控系统能够对整个金属试样微区电化学测试过程实时监控，观察测试液和试样表面接触情况，监测是否漏液。

7.根据权利要求6所述一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试装置，其特征在于，

所述测试液更新系统主要包括喷嘴、气管、气瓶、进气控制阀，所述进气控制阀连接于气瓶与气管之间，并与中控计算机相连，与进液控制组件协同作用，在实验开始前完成测试液的更新；

所述存储及控制系统包括综合控制单元，所述综合控制单元对覆膜机与光学显微镜协同控制，自动或手动圈选金相照片中的目标研究区域，随后自动将金相照片镜像转为一层的3D模型切片数据或2D模型数据，根据光学显微镜的放大倍数及标尺，自动给出覆膜微区的尺寸以及相对位置坐标信息，能够进行实验过程中数据的采集与存储，且所述综合控制单元能够对所述微液池测试系统中的进液过程、所述测试液更新系统中的进气控制阀、所述显微监控系统中的长焦显微镜观测、所述电化学测试系统的测量程序及所述高精度XYZ三维移动平台进行协调控制。

8.一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试方法，所述 方法采用权利要求1-7任一项电化学测试装置，其特征在于，所述方法将自动覆膜技术和微液池测试系统相结合，对显微镜下金属试样的目标研究区域进行即时电化学封样与测量，精准控制工作电极反应面积；且所述微液池测试系统中所述微细管配合待测金属试样微区保证电化学测试过程中精确定位不漏液，光学显微镜配合高精度XYZ三维移动平台调整金属试样位置和角度，快速实现微区的精确定位及进行测量点的切换，缩短测试时间，提高测试效率。

9.根据权利要求8所述一种基于自动覆膜与微液池的电化学测试方法，其特征在于，所述方法具体为：根据显微镜下金属试样金相照片，利用内置圈选工具或绘画笔工具圈选目标研究区域，可同时圈选多处目标研究区域，根据光学显微镜放大倍数及标尺，综合控制单元自动确认各圈选区域的尺寸信息及相对位置坐标并编号，随后综合控制单元自动将拍摄的金相照片镜像转为一层的3D模型切片数据发送至3D打印机，高精度XYZ三维移动平台将金属试样观察区域水平移动至3D打印机挤压喷嘴下方，打印端头以所述光学显微镜物镜中心为起点，根据各圈选区域相对位置坐标信息对一个视野范围内圈选区域外进行打印覆膜，完成金属试样微区电化学封样；再次将完成微区电化学封样的金属试样原位移回光学显微镜下方，将所述光学显微镜转到微液池模式，开始电化学测试。

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