本發(fā)明涉及一種適用于電化學(xué)測(cè)試及表面分析試樣的電解池及其應(yīng)用。屬于電化學(xué)電解池的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，用于電化學(xué)測(cè)試的電解池一般為單隔室或雙隔室電解池。在制作適用于該類電解池的工作電極(即研究電極)時(shí)，通常首先將導(dǎo)線與研究試樣(如碳鋼、不銹鋼等)末端焊接，然后用環(huán)氧樹(shù)脂或聚四氟乙烯材料封包試樣周邊，再用金相砂紙打磨、拋光試樣底面(即工作面)至鏡面光亮。這種電極制作方法復(fù)雜，流程較長(zhǎng)，而且這種經(jīng)過(guò)封包的試樣，不適于電化學(xué)測(cè)試結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)行試樣表面形貌及成分分析(如SEM、XPS等)。此外，這種試樣工作面一般為垂直朝下或側(cè)向，不適于要求試樣工作面垂直向上的局部電化學(xué)掃描探針研究。

中國(guó)專利CN102928625A公開(kāi)一種用于板狀載荷試樣腐蝕研究的掃描電化學(xué)顯微鏡電解池，該電解池包括圍成電解槽腔的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)：在下部結(jié)構(gòu)的中央設(shè)置有凹槽，所述的上部結(jié)構(gòu)包括矩形框架，在矩形框架中的前側(cè)壁為透明材質(zhì)，在矩形框架中的左側(cè)壁和右側(cè)壁上分別設(shè)置有連通外界和電解槽內(nèi)的溝槽。該發(fā)明使板狀試樣橫向穿過(guò)電解槽的結(jié)構(gòu)，尤其適用處于受力載荷或存在殘余應(yīng)力的金屬材料試樣的腐蝕實(shí)驗(yàn)研究。但該發(fā)明專利板狀試樣的長(zhǎng)度超出進(jìn)行表面形貌及成分分析(如SEM、XPS等)對(duì)試樣的尺寸要求。

中國(guó)專利CN105353173A公開(kāi)一種用于局部電化學(xué)掃描探針研究的電解池，該電解池包括圍成電解池槽框的立方體形框架結(jié)構(gòu)，該框架結(jié)構(gòu)中的前側(cè)壁為透明材質(zhì)；在電解池底部圓心部位有一通透圓通；在于框架結(jié)構(gòu)電解池前側(cè)壁相鄰的兩個(gè)側(cè)壁居中部位分別有一圓孔，該孔高度與電解池槽腔的深度一致，并通過(guò)在所述側(cè)壁內(nèi)設(shè)置的矩形通道與電解池槽腔相連，該電解池適用于對(duì)柱狀金屬試樣開(kāi)展局部腐蝕電化學(xué)研究。但所測(cè)試樣制備需要經(jīng)過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂封包，步驟繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，而且其試樣的高度超出開(kāi)展SEM、XPS等表面分析測(cè)試所要求的試樣高度上限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種適用于電化學(xué)測(cè)試及表面分析試樣的電解池。

本發(fā)明還提供一種利用上述電解池對(duì)片狀金屬試樣開(kāi)展腐蝕電化學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)方法。本發(fā)明可用于常規(guī)電化學(xué)測(cè)量及局部電化學(xué)掃描探針研究，并且在電化學(xué)測(cè)試結(jié)束后可以容易地將試樣取出，繼續(xù)進(jìn)行SEM、XPS等表面分析測(cè)試。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種適用于電化學(xué)測(cè)試及表面分析試樣的電解池，包括通過(guò)密封橡膠墊圈密封連接的電解池上部結(jié)構(gòu)和嵌設(shè)鉑絲導(dǎo)電線圈的電解池下部結(jié)構(gòu)，所述電解池上部結(jié)構(gòu)和電解池下部結(jié)構(gòu)密封形成電解池槽腔。所述的電解池上部結(jié)構(gòu)、密封橡膠墊圈以及嵌設(shè)鉑絲導(dǎo)電線圈的電解池下部結(jié)構(gòu)是通過(guò)緊固螺栓固定密封的，但是本發(fā)明的密封連接方式也不限于螺栓固定，其它固定密封方式都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述電解池上部結(jié)構(gòu)包括矩形框架前側(cè)壁、矩形框架左側(cè)壁和矩形框架右側(cè)壁；在所述矩形框架左側(cè)壁和矩形框架右側(cè)壁上分別垂直嵌設(shè)與所述電解池槽腔直接相連的第一圓孔和第二圓孔，在所述電解池上部結(jié)構(gòu)上設(shè)置有孔洞。此處設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：所述矩形框架前側(cè)壁為透明材質(zhì)觀察窗，用于實(shí)時(shí)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)效果，所述第一圓孔和第二圓孔分別用來(lái)放置參比電極和輔助電極。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在所述電解池下部結(jié)構(gòu)中央位置設(shè)有供放置電極試樣的凹槽，在所述凹槽的一側(cè)設(shè)有通向外部的通孔。此處設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，所述通孔用于將鉑絲導(dǎo)電線圈與外部相連。所述凹槽深度小于電極試樣高度，凹槽長(zhǎng)、寬尺寸與電極試樣相同。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在所述密封橡膠墊圈上開(kāi)設(shè)有與所述孔洞相對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔；所述孔洞為正方形，所述孔洞邊長(zhǎng)范圍：10-15mm。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述第一圓孔和第二圓孔尺寸如下：直徑范圍5-6mm，深度范圍20-25mm；所述電解池槽腔分別通過(guò)矩形孔與第一圓孔和第二圓孔相連，所述矩形孔尺寸如下，寬度范圍：2-3mm，高度范圍：20-25mm；優(yōu)選的，電解池上部結(jié)構(gòu)的外形尺寸如下，長(zhǎng)度范圍：50-55mm，寬度范圍：50-55mm，高度范圍：20-25mm；所述電解池槽腔為矩形，長(zhǎng)度范圍：35-40mm，寬度范圍：20-25mm，高度范圍：17-22mm；優(yōu)選的，所述密封橡膠墊圈的尺寸如下，長(zhǎng)度范圍：50-55mm；寬度范圍：50-55mm；厚度范圍：2-3mm。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述電解池上部結(jié)構(gòu)為有機(jī)玻璃材質(zhì)，所述電解池下部結(jié)構(gòu)為有機(jī)玻璃材質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述電解池下部結(jié)構(gòu)的外形尺寸如下：長(zhǎng)度范圍50-55mm，寬度范圍50-55mm，高度范圍10-15mm。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述凹槽尺寸如下：長(zhǎng)度范圍15-20mm，寬度范圍15-20mm，深度范圍2-3mm；所述通孔尺寸如下：直徑范圍1-1.5mm。

一種利用上述電解池對(duì)片狀金屬試樣開(kāi)展腐蝕電化學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)方法，包括步驟如下：

(1)準(zhǔn)備待測(cè)片狀電極試樣：將待測(cè)金屬材料加工制成片狀試樣，該片狀試樣長(zhǎng)寬與所述凹槽相匹配，高度比凹槽高1-2mm；

(2)安裝電解池、片狀電極試樣(即工作電極)、參比電極和輔助電極：將鉑絲導(dǎo)電線圈固定在所述凹槽中，另一端穿過(guò)凹槽側(cè)邊通孔通向外部，將片狀電極試樣放置在鉑絲導(dǎo)電線圈上部，再利用緊固螺栓將電解池上部結(jié)構(gòu)、密封橡膠墊圈、片狀電極試樣以及嵌設(shè)鉑絲導(dǎo)電線圈的電解池下部結(jié)構(gòu)緊固密封；在所述第一圓孔和第二圓孔中分別安裝固定參比電極和輔助電極；

(3)向電解池槽腔內(nèi)加入電解質(zhì)溶液；

(4)常規(guī)電化學(xué)測(cè)試：將片狀電極試樣、參比電極和輔助電極分別與電化學(xué)工作站連接，利用在計(jì)算機(jī)上安裝的電化學(xué)測(cè)試軟件進(jìn)行腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在步驟(1)中，用800^#和1000^#金相砂紙逐級(jí)打磨、拋光片狀試樣工作面至鏡面光亮，用高純水沖洗表面，干燥備用。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述實(shí)驗(yàn)方法還包括，局部電化學(xué)測(cè)試：

(5)在X-Y-Z三維位置控制器上固定Pt微探針(直徑為25μm)，在所述電解質(zhì)溶液中加入氧化還原中介體，該氧化還原中介體在Pt微探針上發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)電流，將Pt微探針、片狀電極試樣、參比電極和輔助電極分別與雙恒電位儀連接，先通過(guò)位置控制器初步調(diào)節(jié)Pt微探針與片狀電極試樣表面之間的距離，其距離變化通過(guò)CCD及電解池前側(cè)壁透明觀察窗監(jiān)控，再利用在計(jì)算機(jī)上安裝的局部電化學(xué)測(cè)試軟件中的逼近曲線測(cè)試功能，精確調(diào)節(jié)Pt微探針與片狀電極試樣之間距離，確定距離后，開(kāi)始局部電化學(xué)測(cè)試。

電化學(xué)測(cè)試完畢，將片狀電極試樣取出，進(jìn)行接下來(lái)的表面分析測(cè)試。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1、本發(fā)明通過(guò)將電解池上、下部結(jié)構(gòu)疊合，對(duì)所測(cè)片狀電極試樣進(jìn)行密封僅暴露出所測(cè)試樣表面，而且試樣無(wú)需經(jīng)過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂或聚四氟乙烯封包；電化學(xué)測(cè)試后，容易將此片狀電極試樣取出，直接進(jìn)行后續(xù)SEM、XPS等表面分析測(cè)試，無(wú)需再次進(jìn)行處理，步驟簡(jiǎn)單，方便易行。而通常研究片狀或棒狀材料試樣的電解池，在開(kāi)展電化學(xué)測(cè)試時(shí)，需要用環(huán)氧樹(shù)脂或聚四氟乙烯對(duì)試樣進(jìn)行封包(只露出工作面)；電化學(xué)測(cè)試后，如欲繼續(xù)進(jìn)行SEM、XPS等表面分析測(cè)試，則首先需要將所述環(huán)氧樹(shù)脂或聚四氟乙烯封包材料去除，步驟繁雜，耗時(shí)長(zhǎng)，易導(dǎo)致試樣表面狀態(tài)及性質(zhì)發(fā)生變化，而且去除封包材料過(guò)程也易破壞或玷污試樣表面；此外，適用于后者這種類型電解池的試樣工作面一般為垂直朝下或側(cè)向，不適于要求試樣工作面垂直向上的局部電化學(xué)掃描探針研究，而適用于本發(fā)明電解池的試樣工作面垂直向上，可進(jìn)行局部電化學(xué)掃描探針研究。

2、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的電解池幾何尺寸，既可以滿足對(duì)電解池結(jié)構(gòu)緊固、尺寸緊湊的要求，構(gòu)成的矩形電解池槽腔11900-22000mm³的內(nèi)腔體積所能容納的電解質(zhì)溶液數(shù)量，又能夠滿足電化學(xué)研究尤其是局部電化學(xué)掃描探針研究的需求；同時(shí)，置于下部結(jié)構(gòu)所述長(zhǎng)寬高尺寸凹槽中的研究試樣(即工作電極)，既可以開(kāi)展常規(guī)電化學(xué)測(cè)量及局部電化學(xué)掃描探針研究，又符合隨后進(jìn)行的表面分析測(cè)試對(duì)試樣尺寸的要求。

3、利用本發(fā)明所述電解池對(duì)片狀金屬試樣開(kāi)展腐蝕電化學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)方法，具體實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)潔明了，目的明確，既包含了利用上述電解池開(kāi)展的常規(guī)電化學(xué)測(cè)試，又包含了利用該電解池特色及創(chuàng)新之處(如研究試樣工作面垂直向上、電解池前側(cè)壁透明觀察窗可用于輔助監(jiān)測(cè)Pt微探針的三維空間位置等)所開(kāi)展的局部電化學(xué)掃描探針研究，以及電化學(xué)測(cè)試結(jié)束后簡(jiǎn)單易行地拆卸片狀金屬試樣進(jìn)行SEM、XPS等表面分析測(cè)試，恰如其分地介紹了一種適用于電化學(xué)測(cè)試及表面分析試樣電解池的應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明所述電解池上部結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖2本發(fā)明所述密封橡膠墊圈的俯視圖；

圖3本發(fā)明所述電解池下部結(jié)構(gòu)的俯視圖；

在圖1-3中，1、電解池上部結(jié)構(gòu)；2、矩形框架前側(cè)壁；3、矩形框架左側(cè)壁；4、矩形框架右側(cè)壁；5、第一圓孔；6、第二圓孔；7、電解池上部結(jié)構(gòu)上的孔洞；8、緊固螺栓孔；9、密封橡膠墊圈；10、密封橡膠墊圈的開(kāi)孔；11、電解池下部結(jié)構(gòu)；12、凹槽；13、鉑絲導(dǎo)電線圈；14、通孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，但不限于此。

如圖1-3所示。

實(shí)施例1、

一種適用于電化學(xué)測(cè)試及表面分析試樣的電解池，包括通過(guò)密封橡膠墊圈9密封連接的電解池上部結(jié)構(gòu)1和嵌設(shè)鉑絲導(dǎo)電線圈13的電解池下部結(jié)構(gòu)11，所述電解池上部結(jié)構(gòu)1和電解池下部結(jié)構(gòu)11密封形成電解池槽腔。

所述電解池上部結(jié)構(gòu)1包括矩形框架前側(cè)壁2、矩形框架左側(cè)壁3和矩形框架右側(cè)壁4；在所述矩形框架左側(cè)壁3和矩形框架右側(cè)壁4上分別垂直嵌設(shè)與所述電解池槽腔直接相連的第一圓孔5和第二圓孔6，在所述電解池上部結(jié)構(gòu)1上設(shè)置有孔洞7。

在所述電解池下部結(jié)構(gòu)11中央位置設(shè)有供放置電極試樣的凹槽12，在所述凹槽12的一側(cè)設(shè)有通向外部的通孔14。

實(shí)施例2、

如實(shí)施例1所述的一種適用于電化學(xué)測(cè)試及表面分析試樣的電解池，其區(qū)別在于，在所述密封橡膠墊圈9上開(kāi)設(shè)有與所述孔洞7相對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔10；所述孔洞7為正方形，所述孔洞7邊長(zhǎng)范圍：10-15mm。

所述第一圓孔5和第二圓孔6尺寸如下：直徑范圍5-6mm，深度范圍20-25mm；所述電解池槽腔分別通過(guò)矩形孔與第一圓孔5和第二圓孔6相連，所述矩形孔尺寸如下，寬度范圍：2-3mm，高度范圍：20-25mm；電解池上部結(jié)構(gòu)1的外形尺寸如下，長(zhǎng)度范圍：50-55mm，寬度范圍：50-55mm，高度范圍：20-25mm；所述電解池槽腔為矩形，長(zhǎng)度范圍：35-40mm，寬度范圍：20-25mm，高度范圍：17-22mm；所述密封橡膠墊圈9的尺寸如下，長(zhǎng)度范圍：50-55mm；寬度范圍：50-55mm；厚度范圍：2-3mm。

所述電解池下部結(jié)構(gòu)11的外形尺寸如下：長(zhǎng)度范圍50-55mm，寬度范圍50-55mm，高度范圍10-15mm。

所述凹槽12尺寸如下：長(zhǎng)度范圍15-20mm，寬度范圍15-20mm，深度范圍2-3mm；所述通孔14尺寸如下：直徑范圍1-1.5mm。

本實(shí)施例中各個(gè)尺寸優(yōu)選如下：

如實(shí)施例1所述的一種適用于電化學(xué)測(cè)試及表面分析試樣的電解池，其區(qū)別在于，在所述密封橡膠墊圈上開(kāi)設(shè)有與所述孔洞相對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔；所述孔洞為正方形，所述孔洞邊長(zhǎng)：10mm。

所述第一圓孔直徑為6mm，第二圓孔直徑5mm，深度20mm；所述電解池槽腔分別通過(guò)矩形孔與第一圓孔和第二圓孔相連，所述矩形孔尺寸如下，寬度：3mm，高度：20mm；電解池上部結(jié)構(gòu)的外形尺寸如下，長(zhǎng)度：50mm，寬度：50mm，高度：20mm；所述電解池槽腔為矩形，長(zhǎng)度：38mm，寬度：20mm，高度：18mm；所述密封橡膠墊圈的尺寸如下，長(zhǎng)度：50mm；寬度：50mm；厚度：2mm。

所述電解池下部結(jié)構(gòu)的外形尺寸如下：長(zhǎng)度50mm，寬度50mm，高度10mm。

所述凹槽尺寸如下：長(zhǎng)度15.5mm，寬度15.5mm，深度2mm；所述通孔尺寸如下：直徑1mm。

實(shí)施例3、

如實(shí)施例1、2所述的一種適用于電化學(xué)測(cè)試及表面分析試樣的電解池，其區(qū)別在于，所述電解池上部結(jié)構(gòu)1為有機(jī)玻璃材質(zhì)，所述電解池下部結(jié)構(gòu)11為有機(jī)玻璃材質(zhì)。

實(shí)施例4、

一種利用如實(shí)施例1-3所述電解池對(duì)片狀金屬試樣開(kāi)展腐蝕電化學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)方法，本實(shí)施例以片狀304不銹鋼作為片狀電極試樣，包括步驟如下：

(1)準(zhǔn)備待測(cè)片狀電極試樣：將待測(cè)304不銹鋼加工制成片狀試樣，該片狀試樣長(zhǎng)寬與所述凹槽12相匹配，高度比凹槽12高1-2mm；在步驟(1)中，用800^#和1000^#金相砂紙逐級(jí)打磨、拋光片狀試樣工作面至鏡面光亮，用高純水沖洗表面，干燥備用；

(2)安裝電解池、片狀電極試樣(即工作電極)、參比電極和輔助電極：將鉑絲導(dǎo)電線圈13固定在所述凹槽12中，另一端穿過(guò)凹槽12側(cè)邊通孔通14向外部，將片狀電極試樣放置在鉑絲導(dǎo)電線圈13上部，再利用緊固螺栓將電解池上部結(jié)構(gòu)1、密封橡膠墊圈9、片狀電極試樣以及嵌設(shè)鉑絲導(dǎo)電線圈13的電解池下部結(jié)構(gòu)11緊固密封；在所述第一圓孔5和第二圓孔6中分別安裝固定參比電極和輔助電極；所述參比電極選用飽和甘汞電極SCE；所述輔助電極為鉑絲；

(3)向電解池槽腔內(nèi)加入0.5mol/L NaCl電解質(zhì)溶液；

(4)常規(guī)電化學(xué)測(cè)試：將片狀電極試樣、參比電極和輔助電極分別與電化學(xué)工作站連接，利用在計(jì)算機(jī)上安裝的電化學(xué)測(cè)試軟件進(jìn)行腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)施例5、

一種利用如實(shí)施例4所述電解池對(duì)片狀金屬試樣開(kāi)展腐蝕電化學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)方法，所述實(shí)驗(yàn)方法還包括，局部電化學(xué)測(cè)試：

(5)在所述步驟(2)電解質(zhì)溶液中加入氧化還原中介體二茂鐵甲醇，所述二茂鐵甲醇的濃度為0.9mmol/L，在X-Y-Z三維位置控制器上固定Pt微探針(直徑為25μm)，將Pt微探針、片狀電極試樣、參比電極和輔助電極分別與雙恒電位儀連接，先通過(guò)位置控制器初步調(diào)節(jié)Pt微探針與片狀電極試樣表面之間的距離，其距離變化通過(guò)CCD及電解池前側(cè)壁透明觀察窗監(jiān)控，再利用在計(jì)算機(jī)上安裝的局部電化學(xué)測(cè)試軟件中的逼近曲線測(cè)試功能，精確調(diào)節(jié)Pt微探針與片狀電極試樣之間距離，確定距離后，開(kāi)始局部電化學(xué)測(cè)試。

電化學(xué)測(cè)試完畢，將片狀電極試樣取出，進(jìn)行接下來(lái)的表面分析測(cè)試。