CN112525815B - 高通量原位电化学测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高通量原位电化学测试装置和测试方法，包括大箱体、电化学测试系统、独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块。大箱体用于提供统一的实验环境，独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块共同实现高通量模拟不同的腐蚀环境，独立腐蚀环境模块为温度腐蚀环境模块、光照腐蚀环境模块或溶液腐蚀环境模块。根据所需测试的独立腐蚀环境要求，组装测试装置，设定独立环境参数条件和独立电化学测试条件，能实现高通量原位电化学测试。本发明具有以下优点：能实现高通量的原位电化学表征，具有评价效率高、易操作、精确度高的特点。在金属材料及其保护层的耐蚀性能的监测与评估领域有广阔的应用前景。

Description

高通量原位电化学测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于金属材料大气腐蚀与海水腐蚀研究领域，具体涉及一种高通量原位电化学测试装置及其测试方法。

背景技术

在大气与海水环境中，金属材料的表面往往容易因为表面润湿或直接浸泡在电解质溶液中而产生电化学腐蚀。大气(尤其是海洋大气)或海水溶液环境中产生的电解质溶液中通常含有卤素离子如氯离子，不仅会增加溶液导电性，还会促进如点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等局部腐蚀的产生。根据曹楚南等编写的《中国材料的自然环境腐蚀》一书中记载，材料因大气腐蚀所造成的经济损失约占总腐蚀损失的一半以上，而海水是自然界中数量最多而且具有很强腐蚀性的电解质溶液。因此，研究金属材料在大气与海水环境中的腐蚀具有重要意义。

研究金属材料在大气与海水中的腐蚀比较传统的方法是在室外典型大气和海水环境中分别挂片和浸泡试验，但该实验方法具有明显气候与地域限制的缺点。对此问题，室内模拟实验便通过设置不同实验环境因素和因素水平来弥补其短板，如专利公开号为CN108801887A的一种模拟海洋大气腐蚀环境的原位电化学测试装置及其方法，公开了在复合盐雾箱装置中加入多因素模拟设备提供温度、湿度、工业污染物、紫外光和应力载荷等环境因素来模拟不同气候环境条件，从而实现在模拟海洋大气腐蚀环境中进行原位电化学腐蚀性能的测试。该技术存在的问题在于：在盐雾箱中一个环境因素只能存在一种水平，因模拟的环境条件限制，测试效率低。此外，因为现有的电化学测试仪器多为单通道的电化学工作站，测试效率低，不能满足于高通量金属材料的电化学腐蚀动力学研究。

上述问题可以通过在室内模拟实验的基础上进行高通量实验得到解决。高通量实验是指在较短时间之内完成大量样品的制备或表征的实验方法，其核心是并行制备或表征多种样品，在同一时间内完成多倍材料的实验数据处理，最终提高材料研究的效率。具体解决的方法便是通过对电化学工作站的通道数进行增加来进一步提升材料腐蚀评估效率，如专利公开号为CN106093155A的高通量电化学测试系统及高通量电化学测试方法，公开了能够同步对不同待测对象进行电化学测试，且使多个处理后信号之间不易产生信号干扰。但该技术存在的问题是：即使对电化学工作站的通道数进行增加，也没有解决模拟环境因素的水平单一的问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种高通量原位电化学测试装置及测试方法，能实现高通量原位电化学监测，用以解决传统的装置无法高通量测试以及评价手段单一的技术问题。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种高通量原位电化学测试装置，包括腐蚀环境模拟装置和电化学测试系统，腐蚀环境模拟装置包括大箱体、独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块；

所述电化学测试系统包括电化学工作站、计算机、交换器和电源构成；将待测样品材料制成一系列待测工作电极，将不同的待测工作电极分别通过电化学工作站上设置的不同的电缆线进行连接，不同的电缆线通过编组由对应的通道与交换器进行信号连接，再通过交换器与计算机信号端进行信号连接，电源为电化学工作站和计算机供电；

电化学工作站通过电缆线连接交换器，通过交换器提高电化学工作站接入计算机的通道数量，再通过电缆线将交换器接入计算机，实现计算机记录待测工作电极在腐蚀失效过程中的腐蚀动力学数据，进行高通量电化学测试；

在大箱体内提供统一的实验环境，另外由所述独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块共同实现高通量模拟不同的腐蚀环境，独立腐蚀环境模块放置在大箱体内，独立参数控制模块的参数采集部分设置于独立腐蚀环境模块内，参数控制部分放置在大箱体外部；将不同的待测工作电极分别设置于对应的独立腐蚀环境模块的测试位置，使不同的待测工作电极分别处于对应的模拟腐蚀环境条件下；

独立参数控制模块用于控制独立腐蚀环境模块的环境因素参数；电源为独立参数控制模块供电；

所述电化学工作站的通道、独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块的数量相同，形成一系列独立的测试单元信号传输部分，将不同的测试单元信号传输部分的通道分别连接不同的待测工作电极，分别构成一个独立的测试单元，测试单元的数量根据实验需要进行设定；其中，尚未连接待测工作电极的测试单元信号传输部分为闲置的测试单元。

优选地，所述腐蚀环境模拟装置采用盐雾箱模拟海洋大气盐雾环境，所述盐雾箱用于提供统一的实验环境，包括大箱体、空压机、放置溶液的溶液箱、输送溶液的软管、细筛式进水口、喷雾头和喷雾阀门；电源为空压机供电；

大箱体上预留侧孔道和前孔道，在前孔道内能塞入海绵塞，使孔洞保持密闭，侧孔道放置喷雾头，喷雾头的喷雾方向朝向大箱体里面；所述溶液箱在大箱体外面，溶液箱预留孔道放置细筛式进水口，防止较大异物进入软管堵塞；溶液箱的细筛式进水口与喷雾头通过软管连接，在软管中间加一接口通过另一段软管接入空压机；喷雾阀门安装在软管上，喷雾阀门通过电缆连接计算机，用于控制喷雾的开关；细筛式进水口的放置高度比侧孔道位置高，以便于溶液箱中的溶液借压力差流入软管，顺利通过分支的软管流入喷雾头位置，向盐雾箱中喷洒，从而在盐雾箱内部形成模拟海洋大气盐雾环境；

所述独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块共同实现高通量模拟不同的腐蚀环境，独立腐蚀环境模块放置在盐雾箱的大箱体内，独立腐蚀环境模块采用小箱体构造而成，各小箱体安装在大箱体上；独立参数控制模块的参数采集部分放置在小箱体内；

所述电化学测试系统还包括电极探头，电极探头是不同待测样品制成的待测工作电极，实现高通量样品测试的作用；不同的电极探头通过盐雾箱的前孔道放置在独立腐蚀环境模块中，并与电化学工作站的对应的电缆线分别连接，实现收集电极探头在腐蚀失效过程中的腐蚀动力学数据，并利用计算机记录电极探头在腐蚀失效过程中的腐蚀动力学数据，进行高通量电化学测试；

所述电极探头、电化学工作站的通道、独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块构成一个独立的测试单元，测试单元的数量根据实验需要进行设定。

优选地，所述电极探头的形式为品字形的三电极探头，由三个的待测金属片制成，非工作面连接铜导线，为了避免电极之间相互接触而导通，相邻两试样金属片之间用绝缘材料薄片隔开，再用密封树脂材料封样，封样后的样品工作面研磨光滑平整状态，并酒精超声清洗处理，冷风吹干，得到三电极探头。

优选地，所述电极探头的三个排布的电极分别依次为工作电极、参比电极和对电极，工作电极检测采用ZRA模式，工作电极与参比电极之间电位波动为电化学电位噪声；工作电极与对电极间的耦合电流波动为电化学电流噪声。

优选地，所述腐蚀环境模拟装置模拟海水溶液环境，独立腐蚀环境模块采用放置溶液的电解槽构造而成，各电解槽安装在大箱体内设置的凹型固定底板支架上；独立参数控制模块的参数采集部分设置在电解槽内；

电解槽的顶盖预留3个孔洞，分别放置对电极、参比电极及鲁金毛细管和工作电极，所述对电极采用铂片；

将待测材料金属片的非工作面连接铜导线，工作面贴上双面胶，再用树脂进行镶嵌成一系列工作电极，封样后样品工作面除去双面胶，并用酒精超声清洗，冷风吹干，形成工作电极；

模拟海水成分的溶液直接倒入电解槽内，实现模拟海水介质环境的目的；通过预留孔洞将3电极置于电解槽内；工作电极经铜导线通过电缆线与电化学工作站连接；电化学工作站获取模拟海水腐蚀实验过程中金属材料的电化学腐蚀动力学数据，进行高通量电化学测试。

优选地，独立腐蚀环境模块为溶液腐蚀环境模块，包括电解槽、水箱和储料机；水箱和储料机安装在电解槽顶部，以实现控制溶液腐蚀环境模块的溶液条件；

独立参数控制模块包括溶液参数控制模块，参数采集部分为浓度测量计，浓度测量计安装在溶液参数控制模块的电解槽内，以实现探测溶液的浓度；参数控制部分为浓度显示器和浓度控制器，用电缆将浓度显示器连接浓度测量计，浓度显示器采集浓度测量计的浓度数据，以实现溶液参数的实时监控；用电缆将浓度控制器连接水箱和储料机，浓度控制器根据实验设定的溶液参数控制水箱的出水量和储料机的给料量，以实现溶液参数的控制。

优选地，在大箱体的顶部设置紫外线灯管，向大箱体内辐射紫外线，向大箱体内统一的实验环境中增加紫外线辐射的附加实验条件，实现控制光照腐蚀环境模块的光照条件；并作为独立参数控制模块的可选附加实验条件控制项部分；电源为紫外线灯管供电。

优选地，独立腐蚀环境模块为光照腐蚀环境模块，包括小箱体和紫外线灯管，独立参数控制模块包括光照参数控制模块，参数采集部分为紫外线辐照测量计，紫外线辐照测量计安装在光照参数控制模块的小箱体内，以实现探测光照强度；参数控制部分为光照显示器和光照控制器，用电缆将光照显示器连接紫外线辐照测量计，光照显示器采集紫外线辐照测量计的光照数据，以实现光照参数的实时监控；用电缆将光照控制器连接紫外线灯管，光照控制器根据实验设定的光照参数可控制紫外线灯管的光照强度的升降，以实现光照参数的控制。

优选地，所述独立腐蚀环境模块为温度腐蚀环境模块，包括小箱体和加热管，加热管安装在小箱体周围，以实现控制温度腐蚀环境模块的温度；

独立参数控制模块包括温度参数控制模块，温度参数控制模块的参数采集部分为热电偶，热电偶安装在温度腐蚀环境模块的小箱体内，以实现探测温度；参数控制部分为温度显示器和温度控制器，用电缆将温度显示器连接热电偶，温度显示器采集热电偶的温度数据，以实现温度参数的实时监控；用电缆将温度控制器连接加热管，温度控制器根据实验设定的温度参数可控制加热管的升温，以实现温度参数的控制。

优选地，高通量原位电化学测试装置，进行电化学噪声检测实验或电化学阻抗检测实验。

一种利用本发明高通量原位电化学测试装置，进行高通量原位电化学测试方法，根据所需测试的独立腐蚀环境要求，包括如下步骤：

a、组装高通量原位电化学测试装置，将实验样品制作为电极探头，并放入高通量原位电化学测试装置的独立腐蚀环境模块中；

b、通过高通量原位电化学测试装置的独立参数控制模块设定独立腐蚀环境模块中，每个实验样品的独立环境参数条件；

c、通过计算机设定每个实验样品相应电化学通道的独立电化学测试条件；

d、待所有实验参数设定完毕后即可开始进行独立腐蚀环境的高通量原位电化学测试。

优选地，所述独立腐蚀环境要求为独立温度腐蚀环境，独立腐蚀环境模块为温度腐蚀环境模块，独立参数控制模块为温度参数控制模块；

在所述高通量原位电化学测试方法的步骤a中，将电极探头放入温度腐蚀环境模块中，并在所述步骤b中，通过温度参数控制模块设定独立温度参数条件。

优选地，所述独立腐蚀环境要求为独立光照腐蚀环境，独立腐蚀环境模块为光照腐蚀环境模块，独立参数控制模块为光照参数控制模块；

在所述高通量原位电化学测试方法的步骤a中，将电极探头放入光照腐蚀环境模块中，并在所述步骤b中，通过光照参数控制模块设定独立光照参数条件。

优选地，所述独立腐蚀环境要求为独立溶液腐蚀环境，独立腐蚀环境模块为溶液腐蚀环境模块，独立参数控制模块为溶液参数控制模块；

在所述高通量原位电化学测试方法的步骤a中，将电极探头放入溶液腐蚀环境模块中，并在所述步骤b中，通过溶液参数控制模块设定独立溶液参数条件。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明通过在大箱体中再设置多个小箱体用来实现一个模拟环境因素的多个水平的目的，大箱体起控制不需要变化的因素的单一水平的作用；本发明的多通道电化学工作站的通道数能够达到32个，结合高通量电化学实验，可以极大地提升材料研究的效率；

2.本发明能实现在统一盐雾环境下，进行多个不同样品的独立电化学测试，调节多个不同样品的独立温度条件，调节多个不同样品的独立光照条件；还能调节多个不同样品的独立溶液成分条件；

3.本发明方法简单易行，成本低，适合推广使用；本发明在金属材料及其保护层的耐蚀性能的监测与评估领域有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明各实施例中高通量原位电化学测试装置原理示意图；

图2为本发明实施例一中模拟海洋大气盐雾环境的高通量原位电化学测试装置示意图；

图3为本发明实施例一中在模拟海洋大气盐雾环境中多种材料失效过程的高通量原位电化学噪声测试结果；

图4为本发明实施例二中在模拟海洋大气盐雾环境中多种材料失效过程的高通量原位电化学阻抗测试结果；

图5为本发明实施例三中模拟海水溶液中的高通量原位电化学测试装置结构示意图；

图6为本发明实施例三中在模拟海水溶液中多种材料失效过程的高通量原位电化学阻抗测试结果。

具体实施方式

以下结合图1高通量原位电化学测试装置原理示意图和具体实施例对本发明方案做进一步说明，通过改变不同的环境因素参数可实现不同的模拟腐蚀环境下的高通量原位电化学测试。

为了达到在模拟海洋大气环境构造的液膜条件下，对多种金属材料的大气腐蚀动力学过程进行32通量的原位电化学噪声监测和阻抗检测的目的，但不限于32通量的原位电化学噪声监测和阻抗检测，以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1和图2，一种高通量原位电化学测试装置，包括腐蚀环境模拟装置和电化学测试系统，腐蚀环境模拟装置包括大箱体、独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块24；

所述电化学测试系统包括电化学工作站21、计算机1、交换器2和电源20构成；将待测样品材料制成一系列待测工作电极，将不同的待测工作电极分别通过电化学工作站21上设置的不同的电缆线4进行连接，不同的电缆线4通过编组由对应的通道3与交换器2进行信号连接，再通过交换器2与计算机1信号端进行信号连接，电源20为电化学工作站21和计算机1供电；

电化学工作站21通过电缆线2连接交换器，通过交换器2提高电化学工作站21接入计算机1的通道数量，再通过电缆线2将交换器2接入计算机1，实现计算机1记录待测工作电极在腐蚀失效过程中的腐蚀动力学数据，进行高通量电化学测试；

在大箱体内提供统一的实验环境，另外由所述独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块24共同实现高通量模拟不同的腐蚀环境，独立腐蚀环境模块放置在大箱体内，独立参数控制模块24的参数采集部分设置于独立腐蚀环境模块内，参数控制部分放置在大箱体外部；将不同的待测工作电极分别设置于对应的独立腐蚀环境模块的测试位置，使不同的待测工作电极分别处于对应的模拟腐蚀环境条件下；

独立参数控制模块24用于控制独立腐蚀环境模块的环境因素参数；电源20为独立参数控制模块24供电；

所述电化学工作站21的通道3、独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块24的数量相同，形成一系列独立的测试单元信号传输部分，将不同的测试单元信号传输部分的通道3分别连接不同的待测工作电极，分别构成一个独立的测试单元，测试单元的数量根据实验需要进行设定；其中，尚未连接待测工作电极的测试单元信号传输部分为闲置的测试单元。

在本实施例中，参见图1和图2，腐蚀环境模拟装置采用盐雾箱8模拟海洋大气盐雾环境，所述盐雾箱8用于提供统一的实验环境，包括大箱体、空压机19、放置溶液的溶液箱7、输送溶液的软管17、细筛式进水口6、喷雾头和喷雾阀门27；电源20为空压机19供电；大箱体上预留侧孔道18和前孔道，在前孔道内能塞入海绵塞，使孔洞保持密闭，侧孔道放置喷雾头，喷雾头的喷雾方向朝向大箱体里面；所述溶液箱7在大箱体外面，溶液箱7预留孔道放置细筛式进水口6，防止较大异物进入软管17堵塞；溶液箱7的细筛式进水口6与喷雾头通过软管17连接，在软管17中间加一接口通过另一段软管17接入空压机19；喷雾阀门27安装在软管17上，喷雾阀门通过电缆连接计算机，用于控制喷雾的开关；细筛式进水口6的放置高度比侧孔道18位置高，以便于溶液箱7中的溶液借压力差流入软管17，顺利通过分支的软管17流入喷雾头位置，向盐雾箱8中配喷洒，从而在盐雾箱8内部形成模拟海洋大气盐雾环境；所述独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块24共同实现高通量模拟不同的腐蚀环境，独立腐蚀环境模块放置在盐雾箱8的大箱体内，独立腐蚀环境模块采用小箱体25构造而成，各小箱体25安装在大箱体上；独立参数控制模块24的参数采集部分放置在小箱体25内；所述电化学测试系统还包括电极探头5，电极探头5是不同待测样品制成的待测工作电极，实现高通量样品测试的作用；不同的电极探头5通过盐雾箱8的前孔道放置在独立腐蚀环境模块中，并与电化学工作站21的对应的电缆线4分别连接，实现收集电极探头5在腐蚀失效过程中的腐蚀动力学数据，并利用计算机1记录电极探头5在腐蚀失效过程中的腐蚀动力学数据，进行高通量电化学测试；所述电极探头5、电化学工作站21的通道3、独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块8构成一个独立的测试单元，测试单元的数量根据实验需要进行设定。

在本实施例中，参见图1和图2，所述电极探头5的形式为品字形的三电极探头，由三个的待测金属片制成，非工作面连接铜导线，为了避免电极之间相互接触而导通，相邻两试样金属片之间用绝缘材料薄片隔开，再用密封树脂材料封样，封样后的样品工作面研磨光滑平整状态，并酒精超声清洗处理，冷风吹干，得到三电极探头。

在本实施例中，参见图1和图2，所述电极探头5的三个排布的电极分别依次为工作电极、参比电极和对电极，工作电极检测采用ZRA模式，工作电极与参比电极之间电位波动为电化学电位噪声；工作电极与对电极间的耦合电流波动为电化学电流噪声。

在本实施例中，当腐蚀环境为模拟海洋大气盐雾环境时，参见图2，模拟海洋大气盐雾环境的高通量电化学测试装置，包括32通道的电化学工作站21，计算机1，4口的交换器2，电源20，空压机19，放置溶液的溶液箱7，输送溶液的PVC材料的软管17，细筛式进水口6，喷雾阀门27，三电极探头5，还包括盐雾箱8，32个小箱体25，紫外线灯管26，由热电偶温度、温度显示器、紫外线辐照测量计、光照显示器组成的独立参数控制模块24；

盐雾箱8主要包括箱体，在箱体上预留侧孔道18和前孔道，在前孔道内能塞入海绵塞，使孔洞保持密闭，侧孔道18放置喷雾头；

32通道电化学工作站21包括四个层叠式放置的8通道电化学工作站3，还包括固定在每个8通道电化学工作站上的8根电缆线4；

溶液箱7在箱体后方预留孔道放置细筛式进水口6，防止较大异物进入软管堵塞。细筛式进水口6的放置高度比侧孔道18高，溶液借压力差流入软管。

三电极探头5由三个30×5×3mm³的待测金属片制成，非工作面连接铜导线，为了避免电极之间相互接触而导通，相邻两试样之间用0.2mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄片隔开，再用环氧树脂封样，封样后样品工作面研磨至800#，并酒精超声清洗，冷风吹干。

PVC材料软管17将空压机19、溶液箱7和盐雾箱8连接，空压机可促进软管中溶液在喷雾口处以雾气形式喷入盐雾箱，实现模拟海洋大气盐雾环境的目的。进行高通量电化学测试时，32个品字形电极探头5放置于盐雾箱8内的32个小箱体25，通过独立参数控制模块24设置小箱体内温度都为35℃，并通过电缆4与32通道电化学工作站21连接；32通道电化学工作站21可获取盐雾实验过程中金属材料的电化学腐蚀动力学数据，通过4口交换器2用电缆与计算机1连接，数据传输进计算机1记录下金属材料的腐蚀动力学数据，实现高通量电化学测试的目的。

进行电化学噪声(Electrochemical noise，EN)监测时，最左边试样为工作电极(WE)，中间为参比电极(RE)，最右边为对电极(CE)，EN监测采用ZRA模式。工作电极与参比电极之间电位波动即为电化学电位噪声，工作电极与对电极间的耦合电流波动为电化学电流噪声；其中，所用探头电极金属材料种类为钛合金、铜合金、高熵合金、316不锈钢、304不锈钢、碳钢、高强钢、镁合金。

本实施例在模拟海洋大气盐雾环境中多种材料失效过程的高通量电化学噪声测试24h后的噪声电阻结果如图3所示，钛合金、铜合金、高熵合金、316不锈钢、304不锈钢、碳钢、高强钢、镁合金的噪声电阻，从噪声电阻来看，钛、铜、高熵合金、316不锈钢、304不锈钢为最耐蚀一类，碳钢、高强钢为较耐蚀一类，镁合金为最不耐蚀一类，该结果在理论上准确的，证明该高通量原位电化学测试装置能够同时放入1至32个不同金属材料样品分别进行单独通道的电化学测试，同时也证明单独控制温度的小箱体发挥其作用，可以实现控制局部的温度达到所设置的参数，在单独控制每个金属样品的温度下有利于提高电化学实验的准确性。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，用实施例一中的模拟海洋大气盐雾环境的高通量电化学测试装置，对本实施例多种金属材料的大气腐蚀动力学过程进行32通量的电化学交流阻抗测试，且将盐雾箱紫外线灯管的开关控制在开启状态。

本实施例在模拟海洋大气盐雾环境中多种材料失效过程的高通量电化学阻抗测试结果如图4所示。从阻抗模值大小来看，钛、铜、高熵合金、316不锈钢、304不锈钢最耐蚀一类。碳钢、高强钢为较耐蚀一类。镁合金为最不耐蚀一类。本实施例证明可通过1个大盐雾箱控制不需要变化的多个因素的单一水平，而在32个小箱体内实现需要变化的环境因素的多个水平，塑造“高通量环境”从而进行多种材料的高通量电化学实验。

本实施例实现在模拟海洋大气环境构造的液膜条件下，对多种金属材料的海水腐蚀动力学过程进行32通量的原位电化学阻抗谱测试，对多种金属材料的耐海水腐蚀能力进行评估的目的。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图1和图5，根据权利要求1所述高通量原位电化学测试装置，其所述腐蚀环境模拟装置模拟海水溶液环境，独立腐蚀环境模块采用放置溶液的电解槽22构造而成，各电解槽22安装在大箱体内设置的凹型固定底板23框架上；独立参数控制模块24的参数采集部分设置在电解槽22内；电解槽22的顶盖预留3个孔洞，分别放置对电极9、参比电极10及鲁金毛细管12和工作电极14，所述对电极9采用铂片11；将待测材料金属片的非工作面连接铜导线15，工作面贴上双面胶，再用树脂13进行镶嵌成一系列工作电极14，封样后样品工作面除去双面胶，并用酒精超声清洗，冷风吹干，形成工作电极14；模拟海水成分的溶液直接倒入电解槽22内，实现模拟海水介质环境的目的；通过预留孔洞将3电极置于电解槽22内；工作电极14经铜导线15通过电缆线4与电化学工作站21连接；电化学工作站21获取模拟海水腐蚀实验过程中金属材料的电化学腐蚀动力学数据，进行高通量电化学测试。

在本实施例中，参见图1和图5，独立腐蚀环境模块为溶液腐蚀环境模块，包括电解槽、水箱和储料机；水箱和储料机安装在电解槽顶部，以实现控制溶液腐蚀环境模块的溶液条件；

独立参数控制模块24包括溶液参数控制模块，参数采集部分为浓度测量计，浓度测量计安装在溶液参数控制模块的电解槽内，以实现探测溶液的浓度；参数控制部分为浓度显示器和浓度控制器，用电缆将浓度显示器连接浓度测量计，浓度显示器采集浓度测量计的浓度数据，以实现溶液参数的实时监控；用电缆将浓度控制器连接水箱和储料机，浓度控制器根据实验设定的溶液参数控制水箱的出水量和储料机的给料量，以实现溶液参数的控制。

在本实施例中，当腐蚀环境为模拟海水溶液时，参见图5，一种模拟海水溶液中的高通量电化学测试装置，包括32通道的电化学工作站21，计算机1，4口交换器2，电源20，放置溶液的电解槽22，放置32个电解槽的凹型固定底板23；

32通道电化学工作站21包括四个层叠式放置的8通道电化学工作站3，还包括固定在每个8通道电化学工作站上的8根电缆线4；

电解槽22的顶盖预留三个孔洞，分别放置铂片11制成的对电极9、参比电极10及鲁金毛细管12和工作电极14，如图5中圆形虚线框内正视图；

32个尺寸为10×10×3mm³的待测金属片的非工作面连接铜导线15，工作面贴上双面胶，再用环氧树脂进行镶嵌成32个工作电极14，封样后样品工作面除去双面胶，并用酒精超声清洗，冷风吹干。模拟海水成分的溶液直接倒入电解槽22内实现模拟模拟海水介质环境的目的；通过预留孔洞将三电极置于电解槽22内，32个电解槽22通过凹型固定底板23固定好；工作电极经铜导线15通过电缆4与32通道电化学工作站21连接；32通道电化学工作站21可获取模拟海水腐蚀实验过程中金属材料的电化学腐蚀动力学数据，通过4口交换器2用电缆与计算机1连接，数据传输进计算机1记录下金属材料的腐蚀动力学数据，实现高通量电化学测试的目的。

本实施例实现在模拟海水介质环境中，对多种金属镀层和金属涂层的海水腐蚀动力学过程进行32通量的原位电化学阻抗测试，评估金属镀层和金属涂层在海水溶液中对金属材料的保护性的目的。

进行高通量时电化学阻抗谱测试所用工作电极材料种类为Al-Zn-Ce金属镀层、Al-Zn-Ce-La金属镀层、超疏水涂层。

本实施例在模拟海水溶液中Al-Zn-Ce金属镀层、Al-Zn-Ce-La金属镀层、超疏水涂层失效过程的高通量电化学阻抗测试结果如图6所示，该结果显示同种金属保护层的阻抗模值都很接近，证明32通道电化学工作站的高通量电化学测试准确性，也说明本实施例中Al-Zn-Ce-La金属镀层保护性最强，Al-Zn-Ce金属镀层次之，超疏水涂层最差。

实施例四：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，在大箱体的顶部设置紫外线灯管26，向大箱体内辐射紫外线，向大箱体内统一的实验环境中增加紫外线辐射的附加实验条件，实现控制光照腐蚀环境模块的光照条件；并作为独立参数控制模块24的可选附加实验条件控制项部分；电源20为紫外线灯管26供电。

在本实施例中，所述独立腐蚀环境模块为光照腐蚀环境模块，包括小箱体和紫外线灯管26，独立参数控制模块24包括光照参数控制模块，参数采集部分为紫外线辐照测量计，紫外线辐照测量计安装在光照参数控制模块的小箱体内，以实现探测光照强度；参数控制部分为光照显示器和光照控制器，用电缆将光照显示器连接紫外线辐照测量计，光照显示器采集紫外线辐照测量计的光照数据，以实现光照参数的实时监控；用电缆将光照控制器连接紫外线灯管26，光照控制器根据实验设定的光照参数可控制紫外线灯管26的光照强度的升降，以实现光照参数的控制。

本实施例实现在光照腐蚀环境构造的液膜条件下，对多种金属材料的腐蚀动力学过程进行多通量的原位电化学阻抗谱测试，实现对多种金属材料的耐腐蚀能力进行评估。

实施例五：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，所述独立腐蚀环境模块为温度腐蚀环境模块，包括小箱体和加热管，加热管安装在小箱体周围，以实现控制温度腐蚀环境模块的温度；

独立参数控制模块24包括温度参数控制模块，温度参数控制模块的参数采集部分为热电偶，热电偶安装在温度腐蚀环境模块的小箱体内，以实现探测温度；参数控制部分为温度显示器和温度控制器，用电缆将温度显示器连接热电偶，温度显示器采集热电偶的温度数据，以实现温度参数的实时监控；用电缆将温度控制器连接加热管，温度控制器根据实验设定的温度参数可控制加热管的升温，以实现温度参数的控制。

本实施例实现在温度腐蚀环境构造的液膜条件下，对多种金属材料的腐蚀动力学过程进行多通量的原位电化学阻抗谱测试，实现对多种金属材料的耐腐蚀能力进行评估。

实施例六：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种利用上述实施例高通量原位电化学测试装置，进行高通量原位电化学测试方法，根据所需测试的独立腐蚀环境要求，包括如下步骤：

a、组装高通量原位电化学测试装置，将实验样品制作为电极探头，并放入高通量原位电化学测试装置的独立腐蚀环境模块中；

b、通过高通量原位电化学测试装置的独立参数控制模块设定独立腐蚀环境模块中，每个实验样品的独立环境参数条件；

c、通过计算机设定每个实验样品相应电化学通道的独立电化学测试条件；

d、待所有实验参数设定完毕后即可开始进行独立腐蚀环境的高通量原位电化学测试。

在本实施例中，当所述独立腐蚀环境要求为独立温度腐蚀环境，独立腐蚀环境模块为温度腐蚀环境模块，独立参数控制模块为温度参数控制模块；在所述高通量原位电化学测试方法的步骤a中，将电极探头放入温度腐蚀环境模块中，并在所述步骤b中，通过温度参数控制模块设定独立温度参数条件。

在本实施例中，当所述独立腐蚀环境要求为独立光照腐蚀环境，独立腐蚀环境模块为光照腐蚀环境模块，独立参数控制模块为光照参数控制模块；在所述高通量原位电化学测试方法的步骤a中，将电极探头放入光照腐蚀环境模块中，并在所述步骤b中，通过光照参数控制模块设定独立光照参数条件。

在本实施例中，当所述独立腐蚀环境要求为独立溶液腐蚀环境，独立腐蚀环境模块为溶液腐蚀环境模块，独立参数控制模块为溶液参数控制模块；在所述高通量原位电化学测试方法的步骤a中，将电极探头放入溶液腐蚀环境模块中，并在所述步骤b中，通过溶液参数控制模块设定独立溶液参数条件。

本实施例独立腐蚀环境模块能为温度腐蚀环境模块、光照腐蚀环境模块或溶液腐蚀环境模块。根据所需测试的独立腐蚀环境要求，组装测试装置，设定独立环境参数条件和独立电化学测试条件，即可实现高通量原位电化学测试。本实施例方法可以实现高通量的原位电化学表征，具有评价效率高、易操作、精确度高的特点。本实施例方法在金属材料及其保护层的耐蚀性能的监测与评估领域有广阔的应用前景。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高通量原位电化学测试装置，包括腐蚀环境模拟装置和电化学测试系统，其特征在于：腐蚀环境模拟装置包括大箱体、独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块（24）；

所述电化学测试系统包括电化学工作站（21）、计算机（1）、交换器（2）和电源（20）构成；将待测样品材料制成一系列待测工作电极，将不同的待测工作电极分别通过电化学工作站（21）上设置的不同的电缆线（4）进行连接，不同的电缆线（4）通过编组由对应的通道（3）与交换器（2）进行信号连接，再通过交换器（2）与计算机（1）信号端进行信号连接，电源（20）为电化学工作站（21）和计算机（1）供电；

电化学工作站（21）通过电缆线（2）连接交换器，通过交换器（2）提高电化学工作站（21）接入计算机（1）的通道数量，再通过电缆线（2）将交换器（2）接入计算机（1），实现计算机（1）记录待测工作电极在腐蚀失效过程中的腐蚀动力学数据，进行高通量电化学测试；

在大箱体内提供统一的实验环境，另外由所述独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块（24）共同实现高通量模拟不同的腐蚀环境，独立腐蚀环境模块放置在大箱体内，独立参数控制模块（24）的参数采集部分设置于独立腐蚀环境模块内，参数控制部分放置在大箱体外部；将不同的待测工作电极分别设置于对应的独立腐蚀环境模块的测试位置，使不同的待测工作电极分别处于对应的模拟腐蚀环境条件下；

独立参数控制模块（24）用于控制独立腐蚀环境模块的环境因素参数；电源（20）为独立参数控制模块（24）供电；

所述电化学工作站（21）的通道（3）、独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块（24）的数量相同，形成一系列独立的测试单元信号传输部分，将不同的测试单元信号传输部分的通道（3）分别连接不同的待测工作电极，分别构成一个独立的测试单元，测试单元的数量根据实验需要进行设定；其中，尚未连接待测工作电极的测试单元信号传输部分为闲置的测试单元；

所述腐蚀环境模拟装置采用盐雾箱（8）模拟海洋大气盐雾环境，所述盐雾箱（8）用于提供统一的实验环境，包括大箱体、空压机（19）、放置溶液的溶液箱（7）、输送溶液的软管（17）、细筛式进水口（6）、喷雾头和喷雾阀门（22）；电源（20）为空压机（19）供电；

大箱体上预留侧孔道（18）和前孔道，在前孔道内能塞入海绵塞，使孔洞保持密闭，侧孔道放置喷雾头，喷雾头的喷雾方向朝向大箱体里面；所述溶液箱（7）在大箱体外面，溶液箱（7）预留孔道放置细筛式进水口（6），防止较大异物进入软管（17）堵塞；溶液箱（7）的细筛式进水口（6）与喷雾头通过软管（17）连接，在软管（17）中间加一接口通过另一段软管（17）接入空压机（19）；喷雾阀门安（22）装在软管（17）上，喷雾阀门通过电缆连接计算机，用于控制喷雾的开关；细筛式进水口（6）的放置高度比侧孔道（18）位置高，以便于溶液箱（7）中的溶液借压力差流入软管（17），顺利通过分支的软管（17）流入喷雾头位置，向盐雾箱（8）中配喷洒，从而在盐雾箱（8）内部形成模拟海洋大气盐雾环境；

所述独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块（24）共同实现高通量模拟不同的腐蚀环境，独立腐蚀环境模块放置在盐雾箱（8）的大箱体内，独立腐蚀环境模块采用小箱体（25）构造而成，各小箱体（25）安装在大箱体上；独立参数控制模块（24）的参数采集部分放置在小箱体（25）内；

所述电化学测试系统还包括电极探头（5），电极探头（5）是不同待测样品制成的待测工作电极，实现高通量样品测试的作用；不同的电极探头（5）通过盐雾箱（8）的前孔道放置在独立腐蚀环境模块中，并与电化学工作站（21）的对应的电缆线（4）分别连接，实现收集电极探头（5）在腐蚀失效过程中的腐蚀动力学数据，并利用计算机（1）记录电极探头（5）在腐蚀失效过程中的腐蚀动力学数据，进行高通量电化学测试；

所述电极探头（5）、电化学工作站（21）的通道（3）、独立腐蚀环境模块和独立参数控制模块（8）构成一个独立的测试单元，测试单元的数量根据实验需要进行设定；

所述腐蚀环境模拟装置模拟海水溶液环境，独立腐蚀环境模块采用放置溶液的电解槽（22）构造而成，各电解槽（22）安装在大箱体内设置的凹型固定底板（23）框架上；独立参数控制模块（24）的参数采集部分设置在电解槽（22）内；

电解槽（22）的顶盖预留3个孔洞，分别放置对电极（9）、参比电极（10）及鲁金毛细管（12）和工作电极（14），所述对电极（9）采用铂片（11）；

将待测材料金属片的非工作面连接铜导线（15），工作面贴上双面胶，再用树脂（13）进行镶嵌成一系列工作电极（14），封样后样品工作面除去双面胶，并用酒精超声清洗，冷风吹干，形成工作电极（14）；

模拟海水成分的溶液直接倒入电解槽（22）内，实现模拟海水介质环境的目的；通过预留孔洞将3电极置于电解槽（22）内；工作电极（14）经铜导线（15）通过电缆线（4）与电化学工作站（21）连接；电化学工作站（21）获取模拟海水腐蚀实验过程中金属材料的电化学腐蚀动力学数据，进行高通量电化学测试；

独立腐蚀环境模块包括溶液腐蚀环境模块，包括电解槽、水箱和储料机；水箱和储料机安装在电解槽顶部，以实现控制溶液腐蚀环境模块的溶液条件；

独立参数控制模块（24）包括溶液参数控制模块，参数采集部分为浓度测量计，浓度测量计安装在溶液参数控制模块的电解槽内，以实现探测溶液的浓度；参数控制部分为浓度显示器和浓度控制器，用电缆将浓度显示器连接浓度测量计，浓度显示器采集浓度测量计的浓度数据，以实现溶液参数的实时监控；用电缆将浓度控制器连接水箱和储料机，浓度控制器根据实验设定的溶液参数控制水箱的出水量和储料机的给料量，以实现溶液参数的控制；

在大箱体的顶部设置紫外线灯管（26），向大箱体内辐射紫外线，向大箱体内统一的实验环境中增加紫外线辐射的附加实验条件，实现控制光照腐蚀环境模块的光照条件；并作为独立参数控制模块（24）的可选附加实验条件控制项部分；电源（20）为紫外线灯管（26）供电；

所述独立腐蚀环境模块包括光照腐蚀环境模块，包括小箱体和紫外线灯管（26），独立参数控制模块（24）包括光照参数控制模块，参数采集部分为紫外线辐照测量计，紫外线辐照测量计安装在光照参数控制模块的小箱体内，以实现探测光照强度；参数控制部分为光照显示器和光照控制器，用电缆将光照显示器连接紫外线辐照测量计，光照显示器采集紫外线辐照测量计的光照数据，以实现光照参数的实时监控；用电缆将光照控制器连接紫外线灯管（26），光照控制器根据实验设定的光照参数可控制紫外线灯管（26）的光照强度的升降，以实现光照参数的控制；

所述独立腐蚀环境模块包括温度腐蚀环境模块，包括小箱体和加热管，加热管安装在小箱体周围，以实现控制温度腐蚀环境模块的温度；

独立参数控制模块（24）包括温度参数控制模块，温度参数控制模块的参数采集部分为热电偶，热电偶安装在温度腐蚀环境模块的小箱体内，以实现探测温度；参数控制部分为温度显示器和温度控制器，用电缆将温度显示器连接热电偶，温度显示器采集热电偶的温度数据，以实现温度参数的实时监控；用电缆将温度控制器连接加热管，温度控制器根据实验设定的温度参数可控制加热管的升温，以实现温度参数的控制。

2.根据权利要求1所述高通量原位电化学测试装置，其特征在于：所述电极探头（5）的形式为品字形的三电极探头，由三个的待测金属片制成，非工作面连接铜导线，为了避免电极之间相互接触而导通，相邻两试样金属片之间用绝缘材料薄片隔开，再用密封树脂材料封样，封样后的样品工作面研磨光滑平整状态，并酒精超声清洗处理，冷风吹干，得到三电极探头。

3.根据权利要求2所述高通量原位电化学测试装置，其特征在于：所述电极探头（5）的三个排布的电极分别依次为工作电极、参比电极和对电极，工作电极检测采用ZRA模式，工作电极与参比电极之间电位波动为电化学电位噪声；工作电极与对电极间的耦合电流波动为电化学电流噪声。

4.根据权利要求1所述高通量原位电化学测试装置，其特征在于：进行电化学噪声检测实验或电化学阻抗检测实验。

5.一种利用权利要求1所述高通量原位电化学测试装置，进行高通量原位电化学测试方法，其特征在于，根据所需测试的独立腐蚀环境要求，包括如下步骤：

a、组装高通量原位电化学测试装置，将实验样品制作为电极探头，并放入高通量原位电化学测试装置的独立腐蚀环境模块中；

b、通过高通量原位电化学测试装置的独立参数控制模块设定独立腐蚀环境模块中，每个实验样品的独立环境参数条件；

c、通过计算机设定每个实验样品相应电化学通道的独立电化学测试条件；

d、待所有实验参数设定完毕后即可开始进行独立腐蚀环境的高通量原位电化学测试；

所述独立腐蚀环境要求为独立温度腐蚀环境，独立腐蚀环境模块为温度腐蚀环境模块，独立参数控制模块为温度参数控制模块；

在所述高通量原位电化学测试方法的步骤a中，将电极探头放入温度腐蚀环境模块中，并在所述步骤b中，通过温度参数控制模块设定独立温度参数条件；

或，所述独立腐蚀环境要求为独立光照腐蚀环境，独立腐蚀环境模块为光照腐蚀环境模块，独立参数控制模块为光照参数控制模块；

在所述高通量原位电化学测试方法的步骤a中，将电极探头放入光照腐蚀环境模块中，并在所述步骤b中，通过光照参数控制模块设定独立光照参数条件；

或，所述独立腐蚀环境要求为独立溶液腐蚀环境，独立腐蚀环境模块为溶液腐蚀环境模块，独立参数控制模块为溶液参数控制模块；

在所述高通量原位电化学测试方法的步骤a中，将电极探头放入溶液腐蚀环境模块中，并在所述步骤b中，通过溶液参数控制模块设定独立溶液参数条件。

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