一种镁合金表面薄液膜电化学实验装置及其实验方法
【专利摘要】本发明公开了一种镁合金表面薄液膜电化学实验装置及其实验方法，其装置部分包括底座系统、电解池系统和测量控制系统；其采用杠杆调节装置、电解槽底板调平螺栓、千分表调节支架、蠕动泵等一系列技术手段，以获得100μm以下的不同厚度的薄液膜条件，并通过在电解池内部的形成有多孔结构的绝缘柱体内部空腔结构，可以避免长时间浸泡实验中镁合金腐蚀产生的氢气对薄液膜厚度的影响，保证薄液膜厚度均一、稳定，从而仿真性模拟人体内部微环境下，镁/镁合金腐蚀的真实情况；其具有构造简单、操作简便，可满足全面研究镁合金的腐蚀电化学行为的实验需要；其实验方法简单、实验结果真实、准确。
【专利说明】一种镁合金表面薄液膜电化学实验装置及其实验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种表面薄液膜电化学实验装置及其实验方法，尤其涉及一种镁合金 表面薄液膜电化学实验装置及其实验方法，属于电化学领域。
【背景技术】
[0002] 生物医用材料包括医疗上能够植入生物体或能够与生物组织相结合的材料，主要 用于治疗或替换生物机体中原有的组织和器官，以修正、补偿或提高其功能。
[0003] 在医药卫生领域内，生物可降解的医用材料得到了大力开发，被广泛应用于人体 组织工程材料、体内缝合线、外科用正骨材料等，有着良好的应用前景。
[0004] 生物医用金属材料要求具有以下性能，包括：良好的组织相容性，无毒性，不致畸 致癌，不引起过敏反应和干扰机体的免疫，不破坏临近组织等；物理化学性质稳定，强度、弹 性、尺寸、耐腐蚀及耐磨性稳定；易于加工成型，能容易制成各种需要的形状。
[0005] 目前临床应用的骨科内植入材料中，不锈钢及钛合金以良好的生物相容性、耐蚀 性能和力学性能成为应用广泛的材料。但是不锈钢和钛合金等现有金属植入材料中存在一 个普遍问题是与生物骨的力学相容性差。不锈钢、钛合金等的抗拉强度比天然骨高5倍以 上，弹性模量更是高10倍以上。这样的材料植入人体后可对局部骨组织产生很大的"应力 遮挡"效应。由于基体骨所受应力刺激下降，骨改建出现负平衡，导致骨吸收增加，骨形成减 少，诱发遮挡性骨质缺失。通常，植入材料与生物组织力学相容性差在医学上会导致三种严 重的后果：
[0006] (1)、植入材料周围的原有生物骨脆弱化；
[0007] (2)、植入材料周围的新生骨生长不良；
[0008] (3)、植入材料与生物骨间的界面出现应力集中，从而引起炎症。
[0009] 由此可见，植入材料的弹性模量和生物骨不能存在太大差异，研制力学与生物相 容性更理想的骨科内植物材料是解决当前植入材料所存在问题的根本出路。同时不锈钢、 钛合金接骨板、骨钉等植入体在骨组织痊愈后需通过再次手术取出，增加了患者的痛苦及 医疗费用负担。此外，目前临床应用的血管支架主要以不锈钢和镍钛合金为主。这些血管 支架除了存在镍离子溶出可能引起毒副作用外，还存在血管再狭窄和血栓、血管内膜增生、 出现意外时无法进行血管再造术等弊端。
[0010] 研究和开发高强韧且可以在生物体内降解的医用材料成为上述领域（骨科内植 物、血管内支架）的重要发展方向。镁是目前所有金属材料中生物力学性能与人体骨最接 近的金属材料。镁合金的弹性约为45GPa，比目前广泛应用的生物材料钛合金（lOOGPa)更 接近人骨的弹性模量（20GPa)，能有效降低"应力遮挡效应"，促进骨的愈合。同时镁合金具 有较高的屈服强度，可以承受较大的载荷，应用于骨组织承载部位、也可以应用于血管内支 架，起到支撑血管的作用。镁是人体内重要的营养元素之一，是人体内第4位金属元素、细 胞内仅次于K+的第2位的阳离子。
[0011] 它催化或激活机体325种酶系，参与体内所有能量代谢。对肌肉收缩、神经运动机 能、生理机能及预防循环系统疾病和缺血性心脏病有重要作用。世界卫生组织建议成人每 天需要摄镁量为280-300mg，少年儿童为250mg，婴幼儿80mg。
[0012] 镁的排泄主要通过泌尿系统，镁在人体内吸收不会导致血清镁含量的明显升高。 因此，采用高强韧镁合金作为医用可降解生物材料具有良好的医学安全性基础，尤其适用 于骨科内植物材料和血管内支架材料。
[0013] 然而，镁合金的耐蚀性能差，在氯离子存在的腐蚀环境中或者当介质的pH值小于 11. 5时，其腐蚀尤其严重。作为生物植入材料，镁合金必须在服役期间严格满足必要的力学 与形态学要求，因此其腐蚀降解速率不宜过快。人体内环境的正常pH值在7. 4左右，而且 体液中存在大量的氯离子，加之人体内是一个复杂的腐蚀环境，这些都会造成镁合金在人 体内的腐蚀速率变化。目前可降解医用植入镁合金领域的研究主要集中在开发耐蚀性好且 力学性能特别是塑性变形能力强的合金，而这两点很难同时满足。目前进入临床应用的镁 合金骨科内植入材料存在强度低、降解过快的问题；而作为心血管支架的镁合金存在塑性 变形能力不够、降解过快的问题。此外，目前研究的医用镁合金大多都含有A1元素，该元素 不属于人体的必需微量元素，被认为具有神经毒性，是导致早老性痴呆的因素，含A1的镁 合金在人体内耐受极限仅为lg/year。
[0014] 镁及镁合金因其良好的生物相容性和骨诱导性是一种有前途的生物材料。生物 医用镁合金植入体内后会缓慢降解，可以避免二次手术取出植入体带来的痛苦和高昂的费 用。镁合金临床应用的主要障碍是其低耐腐蚀性能，目前这一问题可以通过合金化和表面 处理技术来降低镁合金的腐蚀速率延长服役期限。
[0015] 但是，有关镁合金腐蚀速率的测定标准目前国内外还没有统一的标准。在模拟体 液中的浸泡实验与在体动物实验结果之间存在较大偏差，；电化学测试结果又由于镁合金 特有的负差数效应而使得根据拟合结果计算出的腐蚀速率与实测结果偏差较大；在体动物 实验又面临着实验成本高昂，试验周期长，结果不便于量化的难题。
[0016] 因此，体外模拟在体实验成为镁合金腐蚀研究领域一个重要的研究方向。
[0017] 在实际服役条件下，镁合金并不是浸泡在体液中，而是与人体结缔组织、毛细血管 和骨组织等形成一个微环境，这一微环境可以近似为一个薄液膜模型。
[0018] 中国专利申请CN103293094A公开了一种可定量改变薄液膜厚度的模拟试验装置 及其使用方法，其模拟试验装置由腐蚀气氛形成系统，液膜厚度变化控制系统以及电化学 测试系统三部分构成。腐蚀气氛形成系统包括腐蚀气体发生器，气氛箱，进气管，出气管以 及回收池；液膜厚度变化控制系统包括调平螺栓，蠕动泵，软管，数控装置以及信号线；电 化学测试系统置于气氛箱内，包括电解池，样品台，电化学试样，电极导线，支架。
[0019] 可定量改变液膜厚度的电化学测量装置。在准确、易于操作的基础上实现了对变 化过程的定时定量控制。可进行原位电化学极化曲线、交流阻抗测量。
[0020] 据称，上述技术方案可以对不同腐蚀气氛环境下的模拟实验；三电极系统封装在 一起，可以有效的降低溶液电阻，并且能够实现薄液下极化曲线、交流阻抗等电化学测试。 采用蠕动泵和外部数控装置对液膜厚度实现定量的控制，可以以一定的周期、速率改变液 膜厚度，实现对变化过程的电化学研究。
[0021] 中国专利申请CN103267488A公开了一种测试波液膜厚度的装置，其利用激光可 透过液体和空气但不能透过固体的原理，将激光发射器和接收器构成回路，并连接电流 表。通过激光接收器将接收到的光信号的强弱转变为电流信号。激光先照射到固体试样，电 流表示数为0 ;下移载物台的高度，到电流表有示数时，载物台上螺旋测微器的刻度为L1。 保持载物台高度不变，生成液滴，电流表示数再次变为〇,下移载物台高度，当电流表再次出 现示数时，载物台上螺旋测微器刻度为L2。薄液膜高度为（L2-L1)。
[0022] 上述技术方案据称可进行10 μ m-999 μ m薄液膜厚度的测量，可用于测量金属材 料在薄液膜下的电化学行为。
[0023] 但是，这种测试波液膜厚度的装置，一方面，装置组成及结构复杂、设备投资较大； 另一方面，其适用范围主要针对金属在大气中腐蚀速率有关的研究，不适于体内环境下镁 合金腐蚀速率的模拟研究。
【发明内容】
[0024] 本发明的目的之一是，提供一种构造简单、结构紧凑合理，实验操作过程中调节操 作简便，并可仿真模拟人体内部微环境下镁/镁合金腐蚀的真实情况的镁合金表面薄液膜 电化学实验装置。
[0025] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种镁合金表面薄液膜电化学实验 装置，其特征在于，包括底座系统，电解池系统及测量控制系统；
[0026] 所述底座系统包括刚性框架和套筒；所述刚性框架整体呈前后左右四面敞开、上 下封闭的六面体形状，其顶板中心部开设有通孔，所述套筒的下部插入所述通孔内并部分 穿过所述顶板；
[0027] 所述电解池系统设置在所述刚性框架的内部空腔的中央；
[0028] 所述电解池系统包括电解液槽和工作电极；
[0029] 所述工作电极为镁/镁合金电极；
[0030] 所述电解液槽的左、右两侧壁上分别设置有进液管口和出液管口，所述出液管口 的位置高于所述进液管口；
[0031] 所述电解液槽内部的底板中心处设置有一圆柱形的样品台，所述样品台的上部设 置有一插槽，所述工作电极插入所述插槽；
[0032] 所述电解液槽外部的底板四个顶角处还分别设置有调平螺栓，所述调平螺栓用于 调整电解液槽的水平；
[0033] 所述测量控制系统包括绝缘柱体；
[0034] 所述绝缘柱体为圆柱体，其自上向下穿过所述套筒深入到所述样品台的上表面上 方；
[0035] 所述绝缘柱体以其底面圆心为圆心沿轴向开设有不透孔；所述不透孔由内向外依 次由多孔陶瓷板覆盖，再由一层聚四氟乙烯制成的疏水隔膜包覆封住，形成一个绝缘柱体 内部空腔；
[0036] 在用疏水隔膜进行包裹之前，先用洗耳球抽吸出上述空腔内的空气，以使绝缘柱 体内部空腔内呈负压状态；
[0037] 所述样品台顶部套装有一圆环状对电极；
[0038] 所述电解槽内还设置有一参比电极，所述参比电极的下端部自上而下穿过所述刚 性框架的顶板，伸入到电解槽内；
[0039] 所述绝缘柱体在所述套筒的上方位置处还设置有一环形槽；
[0040] 所述绝缘柱体的顶部还设置有一千分表，所述千分表的探测端位于所述绝缘柱体 的顶部表面上方，所述千分表的调节支架固定在所述刚性框架的顶板上；
[0041] 所述刚性框架顶板上还设置有一用于调节所述绝缘柱体在坚直方向上位移的杠 杆调节装置；
[0042] 所述杠杆调节装置包括左、右两个螺杆支柱和一调节杆；其中，左螺杆支柱固定在 所述套筒的上表面上，右螺杆支柱固定在所述刚性框架的顶板上，所述调节杆上开设有第 一通孔和第二通孔，并通过所述第一通孔和第二通孔从右至左分别与所述右螺杆支柱、左 螺杆支柱连接，所述调节杆的末端插入所述环形槽；所述左、右两个螺杆支柱上分别安装有 第一调节螺母和第二调节螺母；上述杠杆调节装置的撬动端为调节杆的末端、由内向外的 两个支点分别为左螺杆支柱和右螺杆支柱。
[0043] 上述技术方案直接带来的技术效果是，整个装置构造简单、结构紧凑合理，实验操 作过程中，可充分满足所需的调节要求，且调节操作十分简便；其中，圆环状对电极使电流 分布更加均匀，有效减少扩散控制带来的溶液欧姆降，能够实现薄液膜条件下极化曲线、交 流阻抗和电化学噪声等电化学测试；
[0044] 镁合金工作电极完全浸没在溶液中，避免液体表面张力的干扰，维持薄液膜厚度 稳定的同时，也获得100 μ m以下的极薄液膜。
[0045] 作为优选，上述进液管口和出液管口分别连接一台流量可调的蠕动泵，用于控制 电解液槽内电解液流速。
[0046] 该优选技术方案直接带来的技术效果是，通过蠕动泵调节并控制电解槽内模拟人 体体液的流动，可以十分方便地进行人体内真实体液环境下的状态模拟，并且，更加真实地 通过薄液膜条件模拟体内环境肌肉组织、结缔组织、上皮组织对镁合金腐蚀的影响，进一步 保证实验结果的真实性与准确性。
[0047] 进一步优选，上述刚性框架材质为有机玻璃；所述电解槽的底板材质为玻璃。
[0048] 该优选技术方案直接带来的技术效果是，刚性框架和电解槽底板的材质均为透明 材质，便于实验过程中进行全方位的适时观测。
[0049] 进一步优选，上述左螺杆支柱和所述第一调节螺母的螺纹均为细螺纹；所述右螺 杆支柱和所述第二调节螺母的螺纹均为粗螺纹。
[0050] 该优选技术方案直接带来的技术效果是，左螺杆支柱和右螺杆支柱这两个杠杆装 置的两个支点分别采用不同螺距，在进行绝缘柱体垂直方向上下调节的操作过程中，相互 配合调节，既方便快捷，又可保证所获得的调节精度。
[0051] 进一步优选，上述圆环状对电极为纯钼制造；所述绝缘柱体由聚四氟乙烯制成。
[0052] 该优选技术方案直接带来的技术效果是，绝缘柱体9由聚四氟乙烯制成，主要考 虑到的是，聚四氟乙烯的摩擦系数极低，具有良好的预防结垢的特性。
[0053] 本发明的目的之二是，提供一种利用上述镁合金表面薄液膜电化学实验装置进行 镁合金腐蚀体内模拟实验的方法。
[0054] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种镁合金表面薄液膜电化学实验 装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0055] 第一步，分别将镁合金工作电极、圆环状对电极和参比电极分别通过导线与装置 外的电化学工作站连接到位；
[0056] 第二步，向电解槽内注入模拟人体体液至液面没过绝缘柱体的下端，，调节电解槽 底板上的调平螺栓，至电解槽水平；
[0057] 将整个装置放置在二氧化碳培养箱中，维持在37. 5°C下4%二氧化碳浓度的条 件，保证电解液槽内的模拟人体液体pH值稳定在7. 4?7. 6左右；
[0058] 分别启动与进水管口和出水管口相连接的蠕动泵；
[0059] 调节杠杆调节装置，使疏水隔膜与圆环状对电极之间的间距至所需距离；
[0060] 再调节千分表的调节支架直至千分表的探测端顶紧在所述绝缘柱体的顶部表 面；
[0061] 第三步，读取千分尺的示数，启动电化学工作站并通过电化学工作站检测极化曲 线和电化学阻抗谱；
[0062] 第四步，调节杠杆调节装置，使疏水隔膜与圆环状对电极之间的间距至另一个所 需距离，再次读取千分尺的示数，并再次启动电化学工作站通过电化学工作站检测极化曲 线和电化学阻抗谱；
[0063] 第五步，重复第四步，直至结束。
[0064] 上述技术方案直接带来的技术效果是，通过在薄液膜环境下，模拟体内环境下人 体结缔组织、毛细血管和骨组织等微环境对镁合金腐蚀的影响，将体内腐蚀微环境简化为 一种理想条件，提供一种新的可以定性定量分析镁合金腐蚀速率的电化学测试方法；
[0065] 上述实验方法可原位对镁合金样品进行电化学极化、交流阻抗或电化学噪声测 试，并获得与在体实验结果较为吻合的镁合金体外腐蚀速率的实验结果。
[0066] 优选为，上述疏水隔膜与圆环状对电极之间的间距即为镁合金表面薄液膜的厚 度；上述模拟人体体液为Hank' s溶液。
[0067] 该优选技术方案直接带来的技术效果是，
[0068] 综上所述，本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
[0069] 1、整个装置构造简单、结构紧凑合理，实验操作过程中，可充分满足所需的调节要 求，且调节操作十分简便；通过薄液膜结构并通过蠕动泵调节电解液的流速，在体外仿真性 模拟人体内部微环境，特别是模拟肌肉组织、结缔组织和上皮组织对镁合金腐蚀行为的影 响，进一步保证了实验结果的真实性与准确性；
[0070] 2、镁合金工作电极浸没在溶液中可以避免溶液表面张力对薄液膜厚度的影响，产 生厚度低于1〇〇 μ m的极薄液膜；
[0071] 3、在电解池内部的形成有多孔结构的绝缘柱体，可以避免长时间浸泡实验中镁合 金腐蚀产生的氢气对薄液膜厚度的影响，保证薄液膜厚度均一、稳定。
[0072] 4、该装置适用于开路电位、动电位极化曲线、线性极化曲线、交流阻抗谱和电化学 噪声等一系列电化学测试技术，可满足全面研究镁合金的腐蚀电化学行为的实验要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0073] 图1为本发明的结构示意图；
[0074] 图2为本体溶液及不同薄液膜厚度条件下，纯镁在Hank's模拟体液中的动电位极 化曲线图（图中，曲线A为本体溶液条件下的极化曲线，曲线B为200 μ m薄液膜厚度条件 下的极化曲线，曲线C为70 μ m薄液膜厚度条件下的极化曲线）；
[0075] 图3为本体溶液及不同薄液膜厚度条件下，镁合金AZ91D在Hank's模拟体液中的 动电位极化曲线图（图中，曲线A为本体溶液条件下的极化曲线，曲线B为200 μ m薄液膜 厚度条件下的极化曲线，曲线C为1000 μ m薄液膜厚度条件下的极化曲线）。
[0076] 附图标记说明：1千分表、2可调支架、3套筒、4参比电极、5电解液槽、6圆环状对 电极、7进液管口、8调平螺栓、9绝缘柱体、10左螺杆支柱、11调节杆、12右螺杆支柱、13出 液管口、14绝缘柱体内部空腔、15多孔陶瓷板、16疏水隔膜、17薄液膜、18工作电极、19样 品台、20刚性框架。
【具体实施方式】
[0077] 下面结合附图和实施例对本发明的进一步说明。
[0078] 如图1所示，本发明的镁合金表面薄液膜电化学实验装置，包括底座系统，电解池 系统及测量控制系统；
[0079] 上述底座系统包括刚性框架20和套筒3 ;上述刚性框架20整体呈前后左右四面 敞开、上下封闭的六面体形状，其顶板中心部开设有通孔，上述套筒3的下部插入上述通孔 内并部分穿过上述顶板；
[0080] 电解池系统设置在上述刚性框架20的内部空腔的中央；
[0081] 上述电解池系统包括电解液槽5和工作电极18 ;电解液槽5的左、右两侧壁上分 别设置有进液管口 7和出液管口 13,上述出液管口 13的位置高于进液管口 7 ;
[0082] 上述工作电极18为镁/镁合金电极，所述镁/镁合金电极分别为外层包裹有环氧 树脂的直径为20mm的镁/镁合金圆柱体；
[0083] 上述电解液槽内部的底板中心处设置有一圆柱形的样品台19,样品台19的上部 设置有一插槽，工作电极18安装在所述插槽出插槽；
[0084] 上述电解液槽外部的底板四个顶角处还分别设置有调平螺栓8,调平螺栓8用于 调整电解液槽的水平；
[0085] 测量控制系统包括绝缘柱体9 ;
[0086] 上述绝缘柱体9为圆柱体，其自上向下穿过上述套筒3深入到样品台的上表面上 方；
[0087] 上述绝缘柱体9以其底面圆心为圆心沿轴向开设有不透孔；不透孔由内向外依次 由多孔陶瓷板15覆盖，再由一层聚四氟乙烯制成的疏水隔膜16包覆封住，形成一个绝缘柱 体内部空腔14 ;
[0088] 在用疏水隔膜16进行包裹之前，先用洗耳球抽吸出上述空腔内的空气，以使绝缘 柱体内部空腔14内呈负压状态；
[0089] 上述样品台顶部套装有一圆环状对电极6 ;
[0090] 上述电解槽内还设置有一参比电极4,参比电极4的下端部自上而下穿过刚性框 架20的顶板，伸入到电解槽内；
[0091] 上述绝缘柱体9在套筒3的上方位置处还设置有一环形槽；
[0092] 上述绝缘柱体9的顶部还设置有一千分表1，千分表1的探测端位于上述绝缘柱体 9的顶部表面上方，千分表的调节支架2固定在刚性框架20的顶板上；
[0093] 上述刚性框架20顶板上还设置有一用于调节绝缘柱体9在坚直方向上位移的杠 杆调节装置；
[0094] 上述杠杆调节装置包括左、右两个螺杆支柱和一调节杆11 ;其中，左螺杆支柱10 固定在所述套筒的上表面上，右螺杆支柱12固定在刚性框架20的顶板上，调节杆11上开 设有第一通孔和第二通孔，并通过所述第一通孔和第二通孔从右至左分别与所述右螺杆支 柱12、左螺杆10支柱连接，调节杆10的末端插入上述环形槽；上述左、右两个螺杆支柱上 分别安装有第一调节螺母和第二调节螺母；上述杠杆调节装置的撬动端为调节杆的末端、 由内向外的两个支点分别为左螺杆支柱10和右螺杆支柱12。
[0095] 上述进液管口 7和出液管口 13分别连接一台流量可调的蠕动泵，用于控制电解液 槽内电解液流速。
[0096] 上述刚性框架20材质为有机玻璃；电解槽的底板材质为玻璃。
[0097] 上述左螺杆支柱和所述第一调节螺母的螺纹均为细螺纹；右螺杆支柱和所述第二 调节螺母的螺纹均为粗螺纹。
[0098] 上述圆环状对电极6为纯钼制造；绝缘柱体9由聚四氟乙烯制成。
[0099] 上述的镁合金表面薄液膜电化学实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步 骤：
[0100] 第一步，分别将工作电极18、圆环状对电极6和参比电极4分别通过导线与装置外 的电化学工作站连接到位；
[0101] 第二步，向电解槽内注入模拟人体体液至液面没过绝缘柱体9的下端，调节电解 槽底板上的调平螺栓，至电解槽水平；
[0102] 将整个装置放置在二氧化碳培养箱中，维持在37. 5°C下4%二氧化碳浓度的条 件，保证电解液槽内的模拟人体液体pH值稳定在7. 4?7. 6左右；
[0103] 分别启动与进水管口 7和出水管口 13相连接的蠕动泵；
[0104] 调节杠杆调节装置，使疏水隔膜16与圆环状对电极6之间的间距至所需距离；
[0105] 再调节千分表的调节支架直至千分表的探测端顶紧在所述绝缘柱体9的顶部表 面；
[0106] 第三步，读取千分尺1的示数，启动电化学工作站并通过电化学工作站检测极化 曲线和电化学阻抗谱；
[0107] 第四步，调节杠杆调节装置，使疏水隔膜16与圆环状对电极6之间的间距至另一 个所需距离，再次读取千分尺1的示数，并再次启动电化学工作站通过电化学工作站检测 极化曲线和电化学阻抗谱；
[0108] 第五步，重复第四步，直至结束。
[0109] 优选的方式为，上述疏水隔膜16与圆环状对电极6之间的间距即为镁合金表面薄 液膜17的厚度；上述模拟人体体液为Hank' s溶液。
[0110] 为更好地理解本发明，现结合附图和实施例对本发明进行详细说明。实施例1
[0111] 工作电极为镁电极
[0112] 实验方法：
[0113] 将镁合金表面薄液膜电化学实验装置安装到位后，通过杠杆调节装置，将绝缘柱 体向下调节至与工作电极接触，再通过电解槽调节螺栓逐步调节直至绝缘柱体下表面与工 作电极完全接触，随后调节可调支架使千分表与绝缘柱体接触，记下示数定为零点。
[0114] 分别将工作电极、参比电极和圆环状对电极连接至电化学工作站，启动电化学工 作站，开始电化学测试。
[0115] 再次通过杠杆调节装置调节绝缘柱体的高度位置，即改变薄液膜的厚度（此时薄 液膜的厚度可通过千分表读取）；并将蠕动泵连接到进液管口上，通过调节蠕动泵的转速 以模拟体内不同部位、不同的血液流速，上述模拟体液在蠕动泵的驱动下依次经薄液膜、出 液管口流出电解液槽。
[0116] 带液膜厚度和流速调节完毕，再次开始新的电化学测试。
[0117] 如图2所示，曲线A为本体溶液条件下的极化曲线，本体溶液即溶液自由流动条件 下，相当于薄液膜厚度为无限大，此时镁的自腐蚀电位为-1. 544V(vs. SCE)，自腐蚀电流密 度为 8. 81Xl(T6A/cm2。
[0118] 根据法拉第定律，可将极化曲线的自腐蚀电流密度转换为腐蚀速率CR，公式 如下：
[0119]
【权利要求】
1. 一种镁合金表面薄液膜电化学实验装置，其特征在于，包括底座系统，电解池系统及 测量控制系统； 所述底座系统包括刚性框架和套筒；所述刚性框架整体呈前后左右四面敞开、上下封 闭的六面体形状，其顶板中心部开设有通孔，所述套筒的下部插入所述通孔内并部分穿过 所述顶板； 所述电解池系统设置在所述刚性框架的内部空腔的中央； 所述电解池系统包括电解液槽和工作电极； 所述工作电极为镁/镁合金电极； 所述电解液槽的左、右两侧壁上分别设置有进液管口和出液管口，所述出液管口的位 置高于所述进液管口； 所述电解液槽内部的底板中心处设置有一圆柱形的样品台，所述样品台的上部设置有 一插槽，所述工作电极插入所述插槽； 所述电解液槽外部的底板四个顶角处还分别设置有调平螺栓，所述调平螺栓用于调整 电解液槽的水平； 所述测量控制系统包括绝缘柱体； 所述绝缘柱体为圆柱体，其自上向下穿过所述套筒深入到所述样品台的上表面上方； 所述绝缘柱体以其底面圆心为圆心沿轴向开设有不透孔；所述不透孔由内向外依次由 多孔陶瓷板覆盖，再由一层聚四氟乙烯制成的疏水隔膜包覆封住，形成一个绝缘柱体内部 空腔； 在用疏水隔膜进行包裹之前，先用洗耳球抽吸出上述空腔内的空气，以使绝缘柱体内 部空腔内呈负压状态； 所述样品台顶部套装有一圆环状对电极； 所述电解槽内还设置有一参比电极，所述参比电极的下端部自上而下穿过所述刚性框 架的顶板，伸入到电解槽内； 所述绝缘柱体在所述套筒的上方位置处还设置有一环形槽； 所述绝缘柱体的顶部还设置有一千分表，所述千分表的探测端位于所述绝缘柱体的顶 部表面上方，所述千分表的调节支架固定在所述刚性框架的顶板上； 所述刚性框架顶板上还设置有一用于调节所述绝缘柱体在坚直方向上位移的杠杆调 节装置； 所述杠杆调节装置包括左、右两个螺杆支柱和一调节杆；其中，左螺杆支柱固定在所述 套筒的上表面上，右螺杆支柱固定在所述刚性框架的顶板上，所述调节杆上开设有第一通 孔和第二通孔，并通过所述第一通孔和第二通孔从右至左分别与所述右螺杆支柱、左螺杆 支柱连接，所述调节杆的末端插入所述环形槽；所述左、右两个螺杆支柱上分别安装有第一 调节螺母和第二调节螺母；上述杠杆调节装置的撬动端为调节杆的末端、由内向外的两个 支点分别为左螺杆支柱和右螺杆支柱。
2. 根据权利要求1所述的镁合金表面薄液膜电化学实验装置，其特征在于，所述进液 管口和出液管口分别连接一台流量可调的蠕动泵，用于控制电解液槽内电解液流速。
3. 根据权利要求1所述的镁合金表面薄液膜电化学实验装置，其特征在于，所述刚性 框架材质为有机玻璃； 所述电解槽的底板材质为玻璃。
4. 根据权利要求1所述的镁合金表面薄液膜电化学实验装置，其特征在于，所述左螺 杆支柱和所述第一调节螺母的螺纹均为细螺纹； 所述右螺杆支柱和所述第二调节螺母的螺纹均为粗螺纹。
5. 根据权利要求1所述的镁合金表面薄液膜电化学实验装置，其特征在于，所述圆环 状对电极为纯钼制造； 所述绝缘柱体由聚四氟乙烯制成。
6. 如权利要求1所述的镁合金表面薄液膜电化学实验装置的实验方法，其特征在于， 包括以下步骤： 第一步，分别将镁合金工作电极、圆环状对电极和参比电极分别通过导线与装置外的 电化学工作站连接到位； 第二步，向电解槽内注入模拟人体体液至液面没过绝缘柱体的下端，，调节电解槽底板 上的调平螺栓，至电解槽水平； 将整个装置放置在二氧化碳培养箱中，维持在37. 5°C下4 %二氧化碳浓度的条件，保 证电解液槽内的模拟人体液体pH值稳定在7. 4?7. 6左右； 分别启动与进水管口和出水管口相连接的蠕动泵； 调节杠杆调节装置，使疏水隔膜与圆环状对电极之间的间距至所需距离； 再调节千分表的调节支架直至千分表的探测端顶紧在所述绝缘柱体9的顶部表面； 第三步，读取千分尺的示数，并通过电化学工作站检测极化曲线和电化学阻抗谱； 第四步，调节杠杆调节装置，使疏水隔膜16与圆环状对电极6之间的间距至另一个 所需距离，再次读取千分尺的示数，并再次通过电化学工作站检测极化曲线和电化学阻抗 谱； 第五步，重复第四步，直至结束。
7. 根据权利要求所述的镁合金表面薄液膜电化学实验装置的实验方法，其特征在于， 所述疏水隔膜与圆环状对电极之间的间距即为镁合金表面薄液膜的厚度；所述模拟人体体 液为Hank' s溶液。
【文档编号】G01N17/02GK104142293SQ201410332235
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】曾荣昌, 戚威臣, 刘丽君 申请人:山东科技大学