评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学装置及方法

本发明属于腐蚀表征，尤其是涉及一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学装置及方法。

背景技术：

1、腐蚀是造成材料失效的主要原因之一。材料腐蚀造成的经济损失占gdp的3.5％左右，此外，材料腐蚀失效还会造成严重的事故，给人民的生命财产造成巨大的损失。因此，评价材料的耐腐蚀性能对于具体服役环境的选材、保障设备的长期安全服役至关重要。

2、金属与合金的腐蚀行为主要受其与溶液的电位差控制。材料耐腐蚀性能的评价方法主要有电化学技术(如极化曲线和电化学阻抗谱)(z.shao.et al.corrosion science,2021,192,109834.r.i.revilla.et al.corrosion science,2020,167,108480.)和环境试验(如点蚀和晶间腐蚀浸泡和盐雾试验)(y.hou.et al.corrosion science,2022,201,110278.s.hu.et al.corrosion science,2021,189 109588.)。这些方法的共同特征是费时，而且较为繁琐，表征效率较低。因此，开发高通量的腐蚀评价方法具有重要的应用价值。

技术实现思路

1、基于现有技术中评价金属与合金耐腐蚀性能的方法存在的费时、较为繁琐、表征效率较低的问题，本发明提出一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学装置及方法。本发明提供的装置和方法可以在短时间内获得金属或合金在系列电位下的腐蚀形貌，对于快速评价金属或合金的耐腐蚀性能是十分有利的。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明首先提供一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学装置，包括电脑、电化学工作站、参比电极、鲁金毛细管盐桥、直流电源、两个惰性电极片及电解池，所述电解池内设置有两个惰性电极片，两个惰性电极片之间连接直流电源，所述电解池内用于放置待测试样；

4、所述鲁金毛细管盐桥设置在待测试样的正上方，待测试样置于电解池中，所述鲁金毛细管盐桥与参比电极连接，参比电极和待测试样同时与电化学工作站连接，所述电化学工作站还与电脑连接。

5、在本发明的一个实施方式中，所述待测试样处在两个惰性电极片连线中央位置。

6、在本发明的一个实施方式中，所述电解池放置于一维水平位移台上。进一步地，在试验过程中，通过调节一维水平位移台，改变待测试样与鲁金毛细管盐桥的毛细管管尖的水平相对位置，并利用电化学工作站测量相应的电位值，得到待测试样表面的电位差分布。

7、在本发明的一个实施方式中，两个惰性电极片与电极杆连接，电极杆固定在电解池的盖子上，在测试过程中，两个惰性电极片与待测试样的相对位置固定不变。

8、在本发明的一个实施方式中，所述参比电极固定在铁架台上，通过调节铁架台高度能够控制鲁金毛细管盐桥的毛细管管尖与待测试样表面的垂直距离。

9、在本发明的一个实施方式中，所述待测试样是待测金属或合金试样通过环氧树脂灌装封制而成，待测金属或合金试样的待测表面暴露出来。

10、本发明进一步提供一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学方法，包括以下步骤：

11、在试验过程中首先将待测试样的待测表面打磨至所需要的粗糙度，然后置于两个惰性电极片连线中央的位置，将两个惰性电极片分别与直流电源的正负极连接，调节鲁金毛细管盐桥的高度，随后逐渐向电解池中添加试验溶液；

12、打开电脑、电化学工作站和直流电源，进行试验；

13、试验过程中，移动一维水平位移台，改变鲁金毛细管盐桥与待测试样的水平相对位置，利用电脑和电化学工作站依次测量待测试样表面与溶液之间的电位差，每个点测量时间在1分钟以上，得到待测试样表面的电位差分布；

14、试验结束后，采用光学显微镜或者电子显微镜记录待测试样表面的腐蚀形貌。

15、在本发明的一个实施方式中，调节鲁金毛细管盐桥的高度，使其尖端距离待测试样表面1～2mm。

16、在本发明的一个实施方式中，向电解池中添加试验溶液至高于待测试样表面5cm；

17、在本发明的一个实施方式中，进行试验时，直流电源电压设定在5～20v，试验时间在5分钟以上。

18、在本发明的一个实施方式中，试验过程中，按0.5～2mm的步长移动一维水平位移台。

19、本发明采用双极性电化学技术，将待测试样置于溶液中，通过两个平行的惰性电极片，在试样的两端施加一定的直流电压，并持续一定时间。由于金属试样表面处于等势状态，由于试样与溶液之间的电位差沿着试样表面呈梯度分布，因此可以在单次试验中评价金属或合金在系列电位下的腐蚀行为，得到系列电位下试样的腐蚀形貌，具有高通量的特性，大大提高了表征效率。

20、与现有技术相比，本发明利用了双极性电化学技术，可以沿着试样表面构建电位差梯度，从而使系列电位下的腐蚀形貌呈现在同一个试样上，具有高通量的特性。

技术特征：

1.一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学装置，其特征在于，包括电脑(1)、电化学工作站(2)、参比电极(4)、鲁金毛细管盐桥(5)、直流电源(6)、两个惰性电极片(7)及电解池(9)，所述电解池(9)内设置有两个惰性电极片(7)，两个惰性电极片(7)之间连接直流电源(6)，所述电解池(9)内用于放置待测试样(8)；

2.根据权利要求1所述的一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学装置，其特征在于，所述待测试样(8)处在两个惰性电极片(7)连线中央位置。

3.根据权利要求1所述的一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学装置，其特征在于，所述电解池(9)放置于一维水平位移台(3)上，在试验过程中，通过调节一维水平位移台(3)，改变待测试样(8)与鲁金毛细管盐桥(5)的毛细管管尖的水平相对位置，并利用电化学工作站(2)测量相应的电位值，得到待测试样(8)表面与溶液之间的电位差分布。

4.根据权利要求1所述的一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学装置，其特征在于，两个惰性电极片(7)与电极杆连接，电极杆固定在电解池(9)的盖子上，在测试过程中，两个惰性电极片(7)与待测试样(8)的相对位置固定不变。

5.根据权利要求1所述的一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学装置，其特征在于，所述参比电极(4)固定在铁架台(10)上，通过调节铁架台(10)高度能够控制鲁金毛细管盐桥(5)的毛细管管尖与待测试样(8)表面的垂直距离。

6.根据权利要求1所述的一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学装置，其特征在于，所述待测试样(8)是待测金属或合金试样(11)通过环氧树脂(12)灌装封制而成，待测金属或合金试样(11)的待测表面暴露出来。

7.一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学方法，其特征在于，基于权利要求1-6中任一项所述的装置进行，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学方法，其特征在于，调节鲁金毛细管盐桥(5)的高度，使其尖端距离待测试样(8)表面1～2mm；向电解池(9)中添加试验溶液至高于待测试样(8)表面5cm。

9.根据权利要求7所述的一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学方法，其特征在于，进行试验时，直流电源(6)电压设定在5～20v，试验时间在5分钟以上。

10.根据权利要求7所述的一种评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学方法，其特征在于，试验过程中，按0.5～2mm的步长移动一维水平位移台(3)。

技术总结
本发明涉及评价金属或合金耐腐蚀性能的高通量电化学装置及方法。装置包括电脑、电化学工作站、参比电极、鲁金毛细管盐桥、直流电源、两个惰性电极片及电解池，所述电解池内设置有两个惰性电极片，两个惰性电极片之间连接直流电源，所述电解池内用于放置待测试样；所述鲁金毛细管盐桥设置在待测试样的正上方，待测试样置于电解池中，所述鲁金毛细管盐桥与参比电极连接，参比电极和待测试样同时与电化学工作站连接，所述电化学工作站还与电脑连接。与现有技术相比，本发明利用了双极性电化学技术，可以沿着试样表面构建电位差梯度，从而使系列电位下的腐蚀形貌呈现在同一个试样上，具有高通量的特性。

技术研发人员：刘园园,戴威,孙阳庭,蒋益明,李劲
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11