一種鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其裝置部分包括底座系統(tǒng)、電解池系統(tǒng)和測(cè)量控制系統(tǒng)；其采用杠桿調(diào)節(jié)裝置、電解槽底板調(diào)平螺栓、千分表調(diào)節(jié)支架、蠕動(dòng)泵等一系列技術(shù)手段，以獲得100ym以下的不同厚度的薄液膜條件，并通過(guò)在電解池內(nèi)部的形成有多孔結(jié)構(gòu)的絕緣柱體內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)，可以避免長(zhǎng)時(shí)間浸泡實(shí)驗(yàn)中鎂合金腐蝕產(chǎn)生的氫氣對(duì)薄液膜厚度的影響，保證薄液膜厚度均一、穩(wěn)定，從而仿真性模擬人體內(nèi)部微環(huán)境下，鎂/鎂合金腐蝕的真實(shí)情況；其具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，可滿足全面研究鎂合金的腐蝕電化學(xué)行為的實(shí)驗(yàn)需要；其實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，屬于電化學(xué)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]生物醫(yī)用材料包括醫(yī)療上能夠植入生物體或能夠與生物組織相結(jié)合的材料，主要用于治療或替換生物機(jī)體中原有的組織和器官，以修正、補(bǔ)償或提高其功能。
[0003]在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域內(nèi)，生物可降解的醫(yī)用材料得到了大力開(kāi)發(fā)，被廣泛應(yīng)用于人體組織工程材料、體內(nèi)縫合線、外科用正骨材料等，有著良好的應(yīng)用前景。
[0004]生物醫(yī)用金屬材料要求具有以下性能，包括:良好的組織相容性，無(wú)毒性，不致畸致癌，不引起過(guò)敏反應(yīng)和干擾機(jī)體的免疫，不破壞臨近組織等；物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，強(qiáng)度、彈性、尺寸、耐腐蝕及耐磨性穩(wěn)定；易于加工成型，能容易制成各種需要的形狀。
[0005]目前臨床應(yīng)用的骨科內(nèi)植入材料中，不銹鋼及鈦合金以良好的生物相容性、耐蝕性能和力學(xué)性能成為應(yīng)用廣泛的材料。但是不銹鋼和鈦合金等現(xiàn)有金屬植入材料中存在一個(gè)普遍問(wèn)題是與生物骨的力學(xué)相容性差。不銹鋼、鈦合金等的抗拉強(qiáng)度比天然骨高5倍以上，彈性模量更是高10倍以上。這樣的材料植入人體后可對(duì)局部骨組織產(chǎn)生很大的“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)。由于基體骨所受應(yīng)力刺激下降，骨改建出現(xiàn)負(fù)平衡，導(dǎo)致骨吸收增加，骨形成減少，誘發(fā)遮擋性骨質(zhì)缺失。通常，植入材料與生物組織力學(xué)相容性差在醫(yī)學(xué)上會(huì)導(dǎo)致三種嚴(yán)重的后果:
[0006](I)、植入材料周?chē)脑猩锕谴嗳趸?br> [0007](2)、植入材料周?chē)男律巧L(zhǎng)不良；
[0008](3)、植入材料與生物骨間的界面出現(xiàn)應(yīng)力集中，從而引起炎癥。
[0009]由此可見(jiàn)，植入材料的彈性模量和生物骨不能存在太大差異，研制力學(xué)與生物相容性更理想的骨科內(nèi)植物材料是解決當(dāng)前植入材料所存在問(wèn)題的根本出路。同時(shí)不銹鋼、鈦合金接骨板、骨釘?shù)戎踩塍w在骨組織痊愈后需通過(guò)再次手術(shù)取出，增加了患者的痛苦及醫(yī)療費(fèi)用負(fù)擔(dān)。此外，目前臨床應(yīng)用的血管支架主要以不銹鋼和鎳鈦合金為主。這些血管支架除了存在鎳離子溶出可能引起毒副作用外，還存在血管再狹窄和血栓、血管內(nèi)膜增生、出現(xiàn)意外時(shí)無(wú)法進(jìn)行血管再造術(shù)等弊端。
[0010]研究和開(kāi)發(fā)高強(qiáng)韌且可以在生物體內(nèi)降解的醫(yī)用材料成為上述領(lǐng)域(骨科內(nèi)植物、血管內(nèi)支架)的重要發(fā)展方向。鎂是目前所有金屬材料中生物力學(xué)性能與人體骨最接近的金屬材料。鎂合金的彈性約為45GPa，比目前廣泛應(yīng)用的生物材料鈦合金(10GPa)更接近人骨的彈性模量(20GPa)，能有效降低“應(yīng)力遮擋效應(yīng)”，促進(jìn)骨的愈合。同時(shí)鎂合金具有較高的屈服強(qiáng)度，可以承受較大的載荷，應(yīng)用于骨組織承載部位、也可以應(yīng)用于血管內(nèi)支架，起到支撐血管的作用。鎂是人體內(nèi)重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一，是人體內(nèi)第4位金屬元素、細(xì)胞內(nèi)僅次于K+的第2位的陽(yáng)離子。
[0011]它催化或激活機(jī)體325種酶系，參與體內(nèi)所有能量代謝。對(duì)肌肉收縮、神經(jīng)運(yùn)動(dòng)機(jī)能、生理機(jī)能及預(yù)防循環(huán)系統(tǒng)疾病和缺血性心臟病有重要作用。世界衛(wèi)生組織建議成人每天需要攝鎂量為280-300mg，少年兒童為250mg，嬰幼兒80mg。
[0012]鎂的排泄主要通過(guò)泌尿系統(tǒng)，鎂在人體內(nèi)吸收不會(huì)導(dǎo)致血清鎂含量的明顯升高。因此，采用高強(qiáng)韌鎂合金作為醫(yī)用可降解生物材料具有良好的醫(yī)學(xué)安全性基礎(chǔ)，尤其適用于骨科內(nèi)植物材料和血管內(nèi)支架材料。
[0013]然而，鎂合金的耐蝕性能差，在氯離子存在的腐蝕環(huán)境中或者當(dāng)介質(zhì)的pH值小于
11.5時(shí)，其腐蝕尤其嚴(yán)重。作為生物植入材料，鎂合金必須在服役期間嚴(yán)格滿足必要的力學(xué)與形態(tài)學(xué)要求，因此其腐蝕降解速率不宜過(guò)快。人體內(nèi)環(huán)境的正常PH值在7.4左右，而且體液中存在大量的氯離子，加之人體內(nèi)是一個(gè)復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，這些都會(huì)造成鎂合金在人體內(nèi)的腐蝕速率變化。目前可降解醫(yī)用植入鎂合金領(lǐng)域的研究主要集中在開(kāi)發(fā)耐蝕性好且力學(xué)性能特別是塑性變形能力強(qiáng)的合金，而這兩點(diǎn)很難同時(shí)滿足。目前進(jìn)入臨床應(yīng)用的鎂合金骨科內(nèi)植入材料存在強(qiáng)度低、降解過(guò)快的問(wèn)題；而作為心血管支架的鎂合金存在塑性變形能力不夠、降解過(guò)快的問(wèn)題。此外，目前研究的醫(yī)用鎂合金大多都含有Al元素，該元素不屬于人體的必需微量元素，被認(rèn)為具有神經(jīng)毒性，是導(dǎo)致早老性癡呆的因素，含Al的鎂合金在人體內(nèi)耐受極限僅為lg/year。
[0014]鎂及鎂合金因其良好的生物相容性和骨誘導(dǎo)性是一種有前途的生物材料。生物醫(yī)用鎂合金植入體內(nèi)后會(huì)緩慢降解，可以避免二次手術(shù)取出植入體帶來(lái)的痛苦和高昂的費(fèi)用。鎂合金臨床應(yīng)用的主要障礙是其低耐腐蝕性能，目前這一問(wèn)題可以通過(guò)合金化和表面處理技術(shù)來(lái)降低鎂合金的腐蝕速率延長(zhǎng)服役期限。
[0015]但是，有關(guān)鎂合金腐蝕速率的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在模擬體液中的浸泡實(shí)驗(yàn)與在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間存在較大偏差，；電化學(xué)測(cè)試結(jié)果又由于鎂合金特有的負(fù)差數(shù)效應(yīng)而使得根據(jù)擬合結(jié)果計(jì)算出的腐蝕速率與實(shí)測(cè)結(jié)果偏差較大；在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)又面臨著實(shí)驗(yàn)成本高昂，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，結(jié)果不便于量化的難題。
[0016]因此，體外模擬在體實(shí)驗(yàn)成為鎂合金腐蝕研究領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向。
[0017]在實(shí)際服役條件下，鎂合金并不是浸泡在體液中，而是與人體結(jié)締組織、毛細(xì)血管和骨組織等形成一個(gè)微環(huán)境，這一微環(huán)境可以近似為一個(gè)薄液膜模型。
[0018]中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN103293094A公開(kāi)了一種可定量改變薄液膜厚度的模擬試驗(yàn)裝置及其使用方法，其模擬試驗(yàn)裝置由腐蝕氣氛形成系統(tǒng)，液膜厚度變化控制系統(tǒng)以及電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)三部分構(gòu)成。腐蝕氣氛形成系統(tǒng)包括腐蝕氣體發(fā)生器，氣氛箱，進(jìn)氣管，出氣管以及回收池；液膜厚度變化控制系統(tǒng)包括調(diào)平螺栓，蠕動(dòng)泵，軟管，數(shù)控裝置以及信號(hào)線；電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)置于氣氛箱內(nèi)，包括電解池，樣品臺(tái)，電化學(xué)試樣，電極導(dǎo)線，支架。
[0019]可定量改變液膜厚度的電化學(xué)測(cè)量裝置。在準(zhǔn)確、易于操作的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)變化過(guò)程的定時(shí)定量控制。可進(jìn)行原位電化學(xué)極化曲線、交流阻抗測(cè)量。
[0020]據(jù)稱(chēng)，上述技術(shù)方案可以對(duì)不同腐蝕氣氛環(huán)境下的模擬實(shí)驗(yàn)；三電極系統(tǒng)封裝在一起，可以有效的降低溶液電阻，并且能夠?qū)崿F(xiàn)薄液下極化曲線、交流阻抗等電化學(xué)測(cè)試。采用蠕動(dòng)泵和外部數(shù)控裝置對(duì)液膜厚度實(shí)現(xiàn)定量的控制，可以以一定的周期、速率改變液膜厚度，實(shí)現(xiàn)對(duì)變化過(guò)程的電化學(xué)研究。
[0021]中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN103267488A公開(kāi)了一種測(cè)試波液膜厚度的裝置，其利用激光可透過(guò)液體和空氣但不能透過(guò)固體的原理，將激光發(fā)射器和接收器構(gòu)成回路，并連接電流表。通過(guò)激光接收器將接收到的光信號(hào)的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)。激光先照射到固體試樣，電流表示數(shù)為O ;下移載物臺(tái)的高度，到電流表有示數(shù)時(shí)，載物臺(tái)上螺旋測(cè)微器的刻度為L(zhǎng)I。保持載物臺(tái)高度不變，生成液滴，電流表示數(shù)再次變?yōu)镺，下移載物臺(tái)高度，當(dāng)電流表再次出現(xiàn)示數(shù)時(shí)，載物臺(tái)上螺旋測(cè)微器刻度為L(zhǎng)2。薄液膜高度為(L2-L1)。
[0022]上述技術(shù)方案據(jù)稱(chēng)可進(jìn)行10 μ m-999 μ m薄液膜厚度的測(cè)量，可用于測(cè)量金屬材料在薄液膜下的電化學(xué)行為。
[0023]但是，這種測(cè)試波液膜厚度的裝置，一方面，裝置組成及結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備投資較大；另一方面，其適用范圍主要針對(duì)金屬在大氣中腐蝕速率有關(guān)的研究，不適于體內(nèi)環(huán)境下鎂合金腐蝕速率的模擬研究。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0024]本實(shí)用新型的目的是，提供一種構(gòu)造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊合理，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中調(diào)節(jié)操作簡(jiǎn)便，并可仿真模擬人體內(nèi)部微環(huán)境下鎂/鎂合金腐蝕的真實(shí)情況的鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。
[0025]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括底座系統(tǒng)，電解池系統(tǒng)及測(cè)量控制系統(tǒng)；
[0026]所述底座系統(tǒng)包括剛性框架和套筒；所述剛性框架整體呈前后左右四面敞開(kāi)、上下封閉的六面體形狀，其頂板中心部開(kāi)設(shè)有通孔，所述套筒的下部插入所述通孔內(nèi)并部分穿過(guò)所述頂板；
[0027]所述電解池系統(tǒng)設(shè)置在所述剛性框架的內(nèi)部空腔的中央；
[0028]所述電解池系統(tǒng)包括電解液槽和工作電極；
[0029]所述工作電極為鎂/鎂合金電極；
[0030]所述電解液槽的左、右兩側(cè)壁上分別設(shè)置有進(jìn)液管口和出液管口，所述出液管口的位置高于所述進(jìn)液管口；
[0031]所述電解液槽內(nèi)部的底板中心處設(shè)置有一圓柱形的樣品臺(tái)，所述樣品臺(tái)的上部設(shè)置有一插槽，所述工作電極插入所述插槽；
[0032]所述電解液槽外部的底板四個(gè)頂角處還分別設(shè)置有調(diào)平螺栓，所述調(diào)平螺栓用于調(diào)整電解液槽的水平；
[0033]所述測(cè)量控制系統(tǒng)包括絕緣柱體；
[0034]所述絕緣柱體為圓柱體，其自上向下穿過(guò)所述套筒深入到所述樣品臺(tái)的上表面上方；
[0035]所述絕緣柱體以其底面圓心為圓心沿軸向開(kāi)設(shè)有不透孔；所述不透孔由內(nèi)向外依次由多孔陶瓷板覆蓋，再由一層聚四氟乙烯制成的疏水隔膜包覆封住，形成一個(gè)絕緣柱體內(nèi)部空腔；
[0036]在用疏水隔膜進(jìn)行包裹之前，先用洗耳球抽吸出上述空腔內(nèi)的空氣，以使絕緣柱體內(nèi)部空腔內(nèi)呈負(fù)壓狀態(tài)；
[0037]所述樣品臺(tái)頂部套裝有一圓環(huán)狀對(duì)電極；
[0038]所述電解槽內(nèi)還設(shè)置有一參比電極，所述參比電極的下端部自上而下穿過(guò)所述剛性框架的頂板，伸入到電解槽內(nèi)；
[0039]所述絕緣柱體在所述套筒的上方位置處還設(shè)置有一環(huán)形槽；
[0040]所述絕緣柱體的頂部還設(shè)置有一千分表，所述千分表的探測(cè)端位于所述絕緣柱體的頂部表面上方，所述千分表的調(diào)節(jié)支架固定在所述剛性框架的頂板上；
[0041]所述剛性框架頂板上還設(shè)置有一用于調(diào)節(jié)所述絕緣柱體在豎直方向上位移的杠桿調(diào)節(jié)裝置；
[0042]所述杠桿調(diào)節(jié)裝置包括左、右兩個(gè)螺桿支柱和一調(diào)節(jié)桿；其中，左螺桿支柱固定在所述套筒的上表面上，右螺桿支柱固定在所述剛性框架的頂板上，所述調(diào)節(jié)桿上開(kāi)設(shè)有第一通孔和第二通孔，并通過(guò)所述第一通孔和第二通孔從右至左分別與所述右螺桿支柱、左螺桿支柱連接，所述調(diào)節(jié)桿的末端插入所述環(huán)形槽；所述左、右兩個(gè)螺桿支柱上分別安裝有第一調(diào)節(jié)螺母和第二調(diào)節(jié)螺母；上述杠桿調(diào)節(jié)裝置的撬動(dòng)端為調(diào)節(jié)桿的末端、由內(nèi)向外的兩個(gè)支點(diǎn)分別為左螺桿支柱和右螺桿支柱。
[0043]上述技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，整個(gè)裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊合理，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，可充分滿足所需的調(diào)節(jié)要求，且調(diào)節(jié)操作十分簡(jiǎn)便；其中，圓環(huán)狀對(duì)電極使電流分布更加均勻，有效減少擴(kuò)散控制帶來(lái)的溶液歐姆降，能夠?qū)崿F(xiàn)薄液膜條件下極化曲線、交流阻抗和電化學(xué)噪聲等電化學(xué)測(cè)試；
[0044]鎂合金工作電極完全浸沒(méi)在溶液中，避免液體表面張力的干擾，維持薄液膜厚度穩(wěn)定的同時(shí)，也獲得100 μ m以下的極薄液膜。
[0045]作為優(yōu)選，上述進(jìn)液管口和出液管口分別連接一臺(tái)流量可調(diào)的蠕動(dòng)泵，用于控制電解液槽內(nèi)電解液流速。
[0046]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，通過(guò)蠕動(dòng)泵調(diào)節(jié)并控制電解槽內(nèi)模擬人體體液的流動(dòng)，可以十分方便地進(jìn)行人體內(nèi)真實(shí)體液環(huán)境下的狀態(tài)模擬，并且，更加真實(shí)地通過(guò)薄液膜條件模擬體內(nèi)環(huán)境肌肉組織、結(jié)締組織、上皮組織對(duì)鎂合金腐蝕的影響，進(jìn)一步保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性與準(zhǔn)確性。
[0047]進(jìn)一步優(yōu)選，上述剛性框架材質(zhì)為有機(jī)玻璃；所述電解槽的底板材質(zhì)為玻璃。
[0048]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，剛性框架和電解槽底板的材質(zhì)均為透明材質(zhì)，便于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行全方位的適時(shí)觀測(cè)。
[0049]進(jìn)一步優(yōu)選，上述左螺桿支柱和所述第一調(diào)節(jié)螺母的螺紋均為細(xì)螺紋；所述右螺桿支柱和所述第二調(diào)節(jié)螺母的螺紋均為粗螺紋。
[0050]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，左螺桿支柱和右螺桿支柱這兩個(gè)杠桿裝置的兩個(gè)支點(diǎn)分別采用不同螺距，在進(jìn)行絕緣柱體垂直方向上下調(diào)節(jié)的操作過(guò)程中，相互配合調(diào)節(jié)，既方便快捷，又可保證所獲得的調(diào)節(jié)精度。
[0051]進(jìn)一步優(yōu)選，上述圓環(huán)狀對(duì)電極為純鉬制造；所述絕緣柱體由聚四氟乙烯制成。
[0052]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，絕緣柱體9由聚四氟乙烯制成，主要考慮到的是，聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)極低，具有良好的預(yù)防結(jié)垢的特性。
[0053]上述鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，其包括以下步驟:
[0054]第一步，分別將鎂合金工作電極、圓環(huán)狀對(duì)電極和參比電極分別通過(guò)導(dǎo)線與裝置外的電化學(xué)工作站連接到位；
[0055]第二步，向電解槽內(nèi)注入模擬人體體液至液面沒(méi)過(guò)絕緣柱體的下端，，調(diào)節(jié)電解槽底板上的調(diào)平螺栓，至電解槽水平；
[0056]將整個(gè)裝置放置在二氧化碳培養(yǎng)箱中，維持在37.5°C下4% 二氧化碳濃度的條件，保證電解液槽內(nèi)的模擬人體液體PH值穩(wěn)定在7.4?7.6左右；
[0057]分別啟動(dòng)與進(jìn)水管口和出水管口相連接的蠕動(dòng)泵；
[0058]調(diào)節(jié)杠桿調(diào)節(jié)裝置，使疏水隔膜與圓環(huán)狀對(duì)電極之間的間距至所需距離；
[0059]再調(diào)節(jié)千分表的調(diào)節(jié)支架直至千分表的探測(cè)端頂緊在所述絕緣柱體的頂部表面；
[0060]第三步，讀取千分尺的示數(shù)，啟動(dòng)電化學(xué)工作站并通過(guò)電化學(xué)工作站檢測(cè)極化曲線和電化學(xué)阻抗譜；
[0061]第四步，調(diào)節(jié)杠桿調(diào)節(jié)裝置，使疏水隔膜與圓環(huán)狀對(duì)電極之間的間距至另一個(gè)所需距離，再次讀取千分尺的示數(shù)，并再次啟動(dòng)電化學(xué)工作站通過(guò)電化學(xué)工作站檢測(cè)極化曲線和電化學(xué)阻抗譜；
[0062]第五步，重復(fù)第四步，直至結(jié)束。
[0063]上述技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，
[0064]優(yōu)選為，上述疏水隔膜與圓環(huán)狀對(duì)電極之間的間距即為鎂合金表面薄液膜的厚度；上述模擬人體體液為Hank’ s溶液。
[0065]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，
[0066]綜上所述，本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0067]1、整個(gè)裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊合理，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，調(diào)節(jié)操作十分簡(jiǎn)便；
[0068]其通過(guò)薄液膜結(jié)構(gòu)并通過(guò)蠕動(dòng)泵調(diào)節(jié)電解液的流速，在體外仿真性模擬人體內(nèi)部微環(huán)境，特別是模擬肌肉組織、結(jié)締組織和上皮組織對(duì)鎂合金腐蝕行為的影響，進(jìn)一步保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性與準(zhǔn)確性；
[0069]2、鎂合金工作電極浸沒(méi)在溶液中可以避免溶液表面張力對(duì)薄液膜厚度的影響，產(chǎn)生厚度低于100 μ m的極薄液膜；
[0070]3、在電解池內(nèi)部的形成有多孔結(jié)構(gòu)的絕緣柱體內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)，可以避免長(zhǎng)時(shí)間浸泡實(shí)驗(yàn)中鎂合金腐蝕產(chǎn)生的氫氣對(duì)薄液膜厚度的影響，保證薄液膜厚度均一、穩(wěn)定。
[0071]4、該裝置適用于開(kāi)路電位、動(dòng)電位極化曲線、線性極化曲線、交流阻抗譜和電化學(xué)噪聲等一系列電化學(xué)測(cè)試技術(shù)，可滿足全面研究鎂合金的腐蝕電化學(xué)行為的實(shí)驗(yàn)需要。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0072]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0073]圖2為本體溶液及不同薄液膜厚度條件下，純鎂在Hank’s模擬體液中的動(dòng)電位極化曲線圖(圖中，曲線A為本體溶液條件下的極化曲線；曲線B為200 μ m薄液膜厚度條件下的極化曲線；曲線C為70 μ m薄液膜厚度條件下的極化曲線)；
[0074]圖3為本體溶液及不同薄液膜厚度條件下，鎂合金AZ91D在Hank’s模擬體液中的動(dòng)電位極化曲線圖(圖中，曲線A為本體溶液條件下的極化曲線；曲線B為200 μ m薄液膜厚度條件下的極化曲線；曲線C為1000 μ m薄液膜厚度條件下的極化曲線)。
[0075]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1千分表、2可調(diào)支架、3套筒、4參比電極、5電解液槽、6圓環(huán)狀對(duì)電極、7進(jìn)液管口、8調(diào)平螺栓、9絕緣柱體、10左螺桿支柱、11調(diào)節(jié)桿、12右螺桿支柱、13出液管口、14絕緣柱體內(nèi)部空腔、15多孔陶瓷板、16疏水隔膜、17薄液膜、18工作電極、19樣品臺(tái)、20剛性框架。

【具體實(shí)施方式】
[0076]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步說(shuō)明。
[0077]如圖1所示，本實(shí)用新型的鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括底座系統(tǒng)，電解池系統(tǒng)及測(cè)量控制系統(tǒng)；
[0078]上述底座系統(tǒng)包括剛性框架20和套筒3 ;上述剛性框架20整體呈前后左右四面敞開(kāi)、上下封閉的六面體形狀，其頂板中心部開(kāi)設(shè)有通孔，上述套筒3的下部插入上述通孔內(nèi)并部分穿過(guò)上述頂板；
[0079]電解池系統(tǒng)設(shè)置在上述剛性框架20的內(nèi)部空腔的中央；
[0080]上述電解池系統(tǒng)包括電解液槽5和工作電極18 ；電解液槽5的左、右兩側(cè)壁上分別設(shè)置有進(jìn)液管口 7和出液管口 13，上述出液管口 13的位置高于進(jìn)液管口 7 ；
[0081]上述工作電極18為鎂/鎂合金電極，所述鎂/鎂合金電極分別為外層包裹有環(huán)氧樹(shù)脂的直徑為20mm的鎂/鎂合金圓柱體；
[0082]上述電解液槽內(nèi)部的底板中心處設(shè)置有一圓柱形的樣品臺(tái)19，樣品臺(tái)19的上部設(shè)置有一插槽，工作電極18安裝在所述插槽出插槽；
[0083]上述電解液槽外部的底板四個(gè)頂角處還分別設(shè)置有調(diào)平螺栓8，調(diào)平螺栓8用于調(diào)整電解液槽的水平；
[0084]測(cè)量控制系統(tǒng)包括絕緣柱體9 ；
[0085]上述絕緣柱體9為圓柱體，其自上向下穿過(guò)上述套筒3深入到樣品臺(tái)的上表面上方；
[0086]上述絕緣柱體9以其底面圓心為圓心沿軸向開(kāi)設(shè)有不透孔；不透孔由內(nèi)向外依次由多孔陶瓷板15覆蓋，再由一層聚四氟乙烯制成的疏水隔膜16包覆封住，形成一個(gè)絕緣柱體內(nèi)部空腔14 ；
[0087]在用疏水隔膜16進(jìn)行包裹之前，先用洗耳球抽吸出上述空腔內(nèi)的空氣，以使絕緣柱體內(nèi)部空腔14內(nèi)呈負(fù)壓狀態(tài)；
[0088]上述樣品臺(tái)頂部套裝有一圓環(huán)狀對(duì)電極6 ;
[0089]上述電解槽內(nèi)還設(shè)置有一參比電極4，參比電極4的下端部自上而下穿過(guò)剛性框架20的頂板，伸入到電解槽內(nèi)；
[0090]上述絕緣柱體9在套筒3的上方位置處還設(shè)置有一環(huán)形槽；
[0091]上述絕緣柱體9的頂部還設(shè)置有一千分表1，千分表I的探測(cè)端位于上述絕緣柱體9的頂部表面上方，千分表的調(diào)節(jié)支架2固定在剛性框架20的頂板上；
[0092]上述剛性框架20頂板上還設(shè)置有一用于調(diào)節(jié)絕緣柱體9在豎直方向上位移的杠桿調(diào)節(jié)裝置；
[0093]上述杠桿調(diào)節(jié)裝置包括左、右兩個(gè)螺桿支柱和一調(diào)節(jié)桿11 ;其中，左螺桿支柱10固定在所述套筒的上表面上，右螺桿支柱12固定在剛性框架20的頂板上，調(diào)節(jié)桿11上開(kāi)設(shè)有第一通孔和第二通孔，并通過(guò)所述第一通孔和第二通孔從右至左分別與所述右螺桿支柱12、左螺桿10支柱連接，調(diào)節(jié)桿10的末端插入上述環(huán)形槽；上述左、右兩個(gè)螺桿支柱上分別安裝有第一調(diào)節(jié)螺母和第二調(diào)節(jié)螺母；上述杠桿調(diào)節(jié)裝置的撬動(dòng)端為調(diào)節(jié)桿的末端、由內(nèi)向外的兩個(gè)支點(diǎn)分別為左螺桿支柱10和右螺桿支柱12。
[0094]上述進(jìn)液管口 7和出液管口 13分別連接一臺(tái)流量可調(diào)的蠕動(dòng)泵，用于控制電解液槽內(nèi)電解液流速。
[0095]上述剛性框架20材質(zhì)為有機(jī)玻璃；電解槽的底板材質(zhì)為玻璃。
[0096]上述左螺桿支柱和所述第一調(diào)節(jié)螺母的螺紋均為細(xì)螺紋；右螺桿支柱和所述第二調(diào)節(jié)螺母的螺紋均為粗螺紋。
[0097]上述圓環(huán)狀對(duì)電極6為純鉬制造；絕緣柱體9由聚四氟乙烯制成。
[0098]上述的鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0099]第一步，分別將工作電極18、圓環(huán)狀對(duì)電極6和參比電極4分別通過(guò)導(dǎo)線與裝置外的電化學(xué)工作站連接到位；
[0100]第二步，向電解槽內(nèi)注入模擬人體體液至液面沒(méi)過(guò)絕緣柱體9的下端，調(diào)節(jié)電解槽底板上的調(diào)平螺栓，至電解槽水平；
[0101]將整個(gè)裝置放置在二氧化碳培養(yǎng)箱中，維持在37.5°C下4%二氧化碳濃度的條件，保證電解液槽內(nèi)的模擬人體液體PH值穩(wěn)定在7.4?7.6左右；
[0102]分別啟動(dòng)與進(jìn)水管口 7和出水管口 13相連接的蠕動(dòng)泵；
[0103]調(diào)節(jié)杠桿調(diào)節(jié)裝置，使疏水隔膜16與圓環(huán)狀對(duì)電極6之間的間距至所需距離；
[0104]再調(diào)節(jié)千分表的調(diào)節(jié)支架直至千分表的探測(cè)端頂緊在所述絕緣柱體9的頂部表面；
[0105]第三步，讀取千分尺I的示數(shù)，啟動(dòng)電化學(xué)工作站并通過(guò)電化學(xué)工作站檢測(cè)極化曲線和電化學(xué)阻抗譜；
[0106]第四步，調(diào)節(jié)杠桿調(diào)節(jié)裝置，使疏水隔膜16與圓環(huán)狀對(duì)電極6之間的間距至另一個(gè)所需距離，再次讀取千分尺I的示數(shù)，并再次啟動(dòng)電化學(xué)工作站通過(guò)電化學(xué)工作站檢測(cè)極化曲線和電化學(xué)阻抗譜；
[0107]第五步，重復(fù)第四步，直至結(jié)束。
[0108]優(yōu)選的方式為，上述疏水隔膜16與圓環(huán)狀對(duì)電極6之間的間距即為鎂合金表面薄液膜17的厚度；上述模擬人體體液為Hank’ s溶液。
[0109]為更好地理解本實(shí)用新型，現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0110]實(shí)施例1
[0111]工作電極為鎂電極
[0112]實(shí)驗(yàn)方法:
[0113]將鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置安裝到位后，通過(guò)杠桿調(diào)節(jié)裝置，將絕緣柱體向下調(diào)節(jié)至與工作電極接觸，再通過(guò)電解槽調(diào)節(jié)螺栓逐步調(diào)節(jié)直至絕緣柱體下表面與工作電極完全接觸，隨后調(diào)節(jié)可調(diào)支架使千分表與絕緣柱體接觸，記下示數(shù)定為零點(diǎn)。
[0114]分別將工作電極、參比電極和圓環(huán)狀對(duì)電極連接至電化學(xué)工作站，啟動(dòng)電化學(xué)工作站，開(kāi)始電化學(xué)測(cè)試。
[0115]再次通過(guò)杠桿調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)絕緣柱體的高度位置，即改變薄液膜的厚度(此時(shí)薄液膜的厚度可通過(guò)千分表讀取)；并將蠕動(dòng)泵連接到進(jìn)液管口上，通過(guò)調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速以模擬體內(nèi)不同部位、不同的血液流速，上述模擬體液在蠕動(dòng)泵的驅(qū)動(dòng)下依次經(jīng)薄液膜、出液管口流出電解液槽。
[0116]帶液膜厚度和流速調(diào)節(jié)完畢，再次開(kāi)始新的電化學(xué)測(cè)試。
[0117]如圖2所示，曲線A為本體溶液條件下的極化曲線，本體溶液即溶液自由流動(dòng)條件下，相當(dāng)于薄液膜厚度為無(wú)限大，此時(shí)鎂的自腐蝕電位為-1.544V(vs.SCE)，自腐蝕電流密度為 8.81 X 10_6A/cm2o
[0118]根據(jù)法拉第定律，可將極化曲線的自腐蝕電流密度轉(zhuǎn)換為腐蝕速率CR，公式如下:
[0119]CR = ^ (I)
[0120]上式中，CR代表腐蝕速率，t代表浸泡時(shí)間，M為相對(duì)分子質(zhì)量，Icorr為自腐蝕電流密度，η為價(jià)態(tài)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，P為密度。
[0121]根據(jù)式(I)計(jì)算出本體溶液條件下純鎂的腐蝕速率為12.06mm/年；
[0122]曲線B為200 μ m薄液膜厚度條件下的極化曲線，此時(shí)鎂的自腐蝕電位為-L 52V(vs.SCE)，自腐蝕電流密度為 1.51 X 10_6A/cm2o
[0123]根據(jù)式(I)計(jì)算出200 μ m薄液膜厚度條件下純鎂的腐蝕速率為2.1mm/年；
[0124]曲線C為70 μ m薄液膜厚度條件下的極化曲線，此時(shí)鎂的自腐蝕電位為-L 50V(vs.SCE)，自腐蝕電流密度為 1.22 X 10_6A/cm2o
[0125]根據(jù)式(I)計(jì)算出200 μ m薄液膜厚度條件下純鎂的腐蝕速率為1.68mm/年。
[0126]實(shí)施例2
[0127]工作電極為鎂合金AZ91D電極
[0128]實(shí)驗(yàn)方法同實(shí)施例1.
[0129]如圖3所示，曲線A為本體溶液條件下的極化曲線，此時(shí)鎂的自腐蝕電位為-1.442V(vs.SCE)，自腐蝕電流密度為 2.39 X l(T6A/cm2。
[0130]根據(jù)式(I)計(jì)算出本體溶液條件下純鎂的腐蝕速率為3.3mm/年；
[0131]曲線B為200 μ m薄液膜厚度條件下的極化曲線，此時(shí)鎂的自腐蝕電位為-L 456V (vs.SCE)，自腐蝕電流密度為 8.68 X 10_7A/cm2o
[0132]根據(jù)式(I)計(jì)算出200 μ m薄液膜厚度條件下純鎂的腐蝕速率為1.2mm/年；
[0133]曲線C為100 μ m薄液膜厚度條件下的極化曲線，此時(shí)鎂的自腐蝕電位為-L 549V (vs.SCE)，自腐蝕電流密度為 5.90 X 10_7A/cm2o
[0134]根據(jù)式(I)計(jì)算出200 μ m薄液膜厚度條件下純鎂的腐蝕速率為0.78mm/年。
[0135]在體動(dòng)物對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，在大白鼠體內(nèi)鎂合金AZ91D的腐蝕速率為0.7±0.5mm/年。
[0136]表明本實(shí)用新型的鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置所進(jìn)行的體外電化學(xué)測(cè)試結(jié)果與在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合，實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確。
【權(quán)利要求】
1.一種鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括底座系統(tǒng)，電解池系統(tǒng)及測(cè)量控制系統(tǒng)； 所述底座系統(tǒng)包括剛性框架和套筒；所述剛性框架整體呈前后左右四面敞開(kāi)、上下封閉的六面體形狀，其頂板中心部開(kāi)設(shè)有通孔，所述套筒的下部插入所述通孔內(nèi)并部分穿過(guò)所述頂板； 所述電解池系統(tǒng)設(shè)置在所述剛性框架的內(nèi)部空腔的中央； 所述電解池系統(tǒng)包括電解液槽和工作電極； 所述工作電極為鎂/鎂合金電極； 所述電解液槽的左、右兩側(cè)壁上分別設(shè)置有進(jìn)液管口和出液管口，所述出液管口的位置高于所述進(jìn)液管口； 所述電解液槽內(nèi)部的底板中心處設(shè)置有一圓柱形的樣品臺(tái)，所述樣品臺(tái)的上部設(shè)置有一插槽，所述工作電極插入所述插槽； 所述電解液槽外部的底板四個(gè)頂角處還分別設(shè)置有調(diào)平螺栓，所述調(diào)平螺栓用于調(diào)整電解液槽的水平； 所述測(cè)量控制系統(tǒng)包括絕緣柱體； 所述絕緣柱體為圓柱體，其自上向下穿過(guò)所述套筒深入到所述樣品臺(tái)的上表面上方；所述絕緣柱體以其底面圓心為圓心沿軸向開(kāi)設(shè)有不透孔；所述不透孔由內(nèi)向外依次由多孔陶瓷板覆蓋，再由一層聚四氟乙烯制成的疏水隔膜包覆封住，形成一個(gè)絕緣柱體內(nèi)部空腔； 在用疏水隔膜進(jìn)行包裹之前，先用洗耳球抽吸出上述空腔內(nèi)的空氣，以使絕緣柱體內(nèi)部空腔內(nèi)呈負(fù)壓狀態(tài)； 所述樣品臺(tái)頂部套裝有一圓環(huán)狀對(duì)電極； 所述電解槽內(nèi)還設(shè)置有一參比電極，所述參比電極的下端部自上而下穿過(guò)所述剛性框架的頂板，伸入到電解槽內(nèi)； 所述絕緣柱體在所述套筒的上方位置處還設(shè)置有一環(huán)形槽； 所述絕緣柱體的頂部還設(shè)置有一千分表，所述千分表的探測(cè)端位于所述絕緣柱體的頂部表面上方，所述千分表的調(diào)節(jié)支架固定在所述剛性框架的頂板上； 所述剛性框架頂板上還設(shè)置有一用于調(diào)節(jié)所述絕緣柱體在豎直方向上位移的杠桿調(diào)節(jié)裝置； 所述杠桿調(diào)節(jié)裝置包括左、右兩個(gè)螺桿支柱和一調(diào)節(jié)桿；其中，左螺桿支柱固定在所述套筒的上表面上，右螺桿支柱固定在所述剛性框架的頂板上，所述調(diào)節(jié)桿上開(kāi)設(shè)有第一通孔和第二通孔，并通過(guò)所述第一通孔和第二通孔從右至左分別與所述右螺桿支柱、左螺桿支柱連接，所述調(diào)節(jié)桿的末端插入所述環(huán)形槽；所述左、右兩個(gè)螺桿支柱上分別安裝有第一調(diào)節(jié)螺母和第二調(diào)節(jié)螺母；上述杠桿調(diào)節(jié)裝置的撬動(dòng)端為調(diào)節(jié)桿的末端、由內(nèi)向外的兩個(gè)支點(diǎn)分別為左螺桿支柱和右螺桿支柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述進(jìn)液管口和出液管口分別連接一臺(tái)流量可調(diào)的蠕動(dòng)泵，用于控制電解液槽內(nèi)電解液流速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述剛性框架材質(zhì)為有機(jī)玻璃； 所述電解槽的底板材質(zhì)為玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述左螺桿支柱和所述第一調(diào)節(jié)螺母的螺紋均為細(xì)螺紋； 所述右螺桿支柱和所述第二調(diào)節(jié)螺母的螺紋均為粗螺紋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金表面薄液膜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述圓環(huán)狀對(duì)電極為純鉬制造； 所述絕緣柱體由聚四氟乙烯制成。
【文檔編號(hào)】G01N17/02GK204027983SQ201420387819
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】曾榮昌, 戚威臣, 劉麗君 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)