本發(fā)明涉及一種適用于電化學測試及表面分析試樣的電解池及其應用。屬于電化學電解池的技術領域。

背景技術：

目前，用于電化學測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，通常首先將導線與研究試樣(如碳鋼、不銹鋼等)末端焊接，然后用環(huán)氧樹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雜，流程較長，而且這種經(jīng)過封包的試樣，不適于電化學測試結束后繼續(xù)進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向，不適于要求試樣工作面垂直向上的局部電化學掃描探針研究。

中國專利CN102928625A公開一種用于板狀載荷試樣腐蝕研究的掃描電化學顯微鏡電解池，該電解池包括圍成電解槽腔的上部結構和下部結構：在下部結構的中央設置有凹槽，所述的上部結構包括矩形框架，在矩形框架中的前側壁為透明材質，在矩形框架中的左側壁和右側壁上分別設置有連通外界和電解槽內的溝槽。該發(fā)明使板狀試樣橫向穿過電解槽的結構，尤其適用處于受力載荷或存在殘余應力的金屬材料試樣的腐蝕實驗研究。但該發(fā)明專利板狀試樣的長度超出進行表面形貌及成分分析(如SEM、XPS等)對試樣的尺寸要求。

中國專利CN105353173A公開一種用于局部電化學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構，該框架結構中的前側壁為透明材質；在電解池底部圓心部位有一通透圓通；在于框架結構電解池前側壁相鄰的兩個側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，并通過在所述側壁內設置的矩形通道與電解池槽腔相連，該電解池適用于對柱狀金屬試樣開展局部腐蝕電化學研究。但所測試樣制備需要經(jīng)過環(huán)氧樹脂封包，步驟繁瑣，耗時長，而且其試樣的高度超出開展SEM、XPS等表面分析測試所要求的試樣高度上限。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明提供一種適用于電化學測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片狀金屬試樣開展腐蝕電化學研究的實驗方法。本發(fā)明可用于常規(guī)電化學測量及局部電化學掃描探針研究，并且在電化學測試結束后可以容易地將試樣取出，繼續(xù)進行SEM、XPS等表面分析測試。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種適用于電化學測試及表面分析試樣的電解池，包括通過密封橡膠墊圈密封連接的電解池上部結構和嵌設鉑絲導電線圈的電解池下部結構，所述電解池上部結構和電解池下部結構密封形成電解池槽腔。所述的電解池上部結構、密封橡膠墊圈以及嵌設鉑絲導電線圈的電解池下部結構是通過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)明的保護范圍。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述電解池上部結構包括矩形框架前側壁、矩形框架左側壁和矩形框架右側壁；在所述矩形框架左側壁和矩形框架右側壁上分別垂直嵌設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構上設置有孔洞。此處設計的優(yōu)點在于：所述矩形框架前側壁為透明材質觀察窗，用于實時觀測實驗效果，所述第一圓孔和第二圓孔分別用來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構中央位置設有供放置電極試樣的凹槽，在所述凹槽的一側設有通向外部的通孔。此處設計的優(yōu)點在于，所述通孔用于將鉑絲導電線圈與外部相連。所述凹槽深度小于電極試樣高度，凹槽長、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設有與所述孔洞相對應的開孔；所述孔洞為正方形，所述孔洞邊長范圍：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，電解池上部結構的外形尺寸如下，長度范圍：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，所述電解池上部結構為有機玻璃材質，所述電解池下部結構為有機玻璃材質。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述電解池下部結構的外形尺寸如下：長度范圍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片狀金屬試樣開展腐蝕電化學研究的實驗方法，包括步驟如下：

(1)準備待測片狀電極試樣：將待測金屬材料加工制成片狀試樣，該片狀試樣長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：將鉑絲導電線圈固定在所述凹槽中，另一端穿過凹槽側邊通孔通向外部，將片狀電極試樣放置在鉑絲導電線圈上部，再利用緊固螺栓將電解池上部結構、密封橡膠墊圈、片狀電極試樣以及嵌設鉑絲導電線圈的電解池下部結構緊固密封；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)向電解池槽腔內加入電解質溶液；

(4)常規(guī)電化學測試：將片狀電極試樣、參比電極和輔助電極分別與電化學工作站連接，利用在計算機上安裝的電化學測試軟件進行腐蝕電化學實驗。

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，所述實驗方法還包括，局部電化學測試：

(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，產(chǎn)生電化學反應電流，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，先通過位置控制器初步調節(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CCD及電解池前側壁透明觀察窗監(jiān)控，再利用在計算機上安裝的局部電化學測試軟件中的逼近曲線測試功能，精確調節(jié)Pt微探針與片狀電極試樣之間距離，確定距離后，開始局部電化學測試。

電化學測試完畢，將片狀電極試樣取出，進行接下來的表面分析測試。

本發(fā)明的優(yōu)點在于

本發(fā)明的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下三個方面：

1、本發(fā)明通過將電解池上、下部結構疊合，對所測片狀電極試樣進行密封僅暴露出所測試樣表面，而且試樣無需經(jīng)過環(huán)氧樹脂或聚四氟乙烯封包；電化學測試后，容易將此片狀電極試樣取出，直接進行后續(xù)SEM、XPS等表面分析測試，無需再次進行處理，步驟簡單，方便易行。而通常研究片狀或棒狀材料試樣的電解池，在開展電化學測試時，需要用環(huán)氧樹脂或聚四氟乙烯對試樣進行封包(只露出工作面)；電化學測試后，如欲繼續(xù)進行SEM、XPS等表面分析測試，則首先需要將所述環(huán)氧樹脂或聚四氟乙烯封包材料去除，步驟繁雜，耗時長，易導致試樣表面狀態(tài)及性質發(fā)生變化，而且去除封包材料過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向，不適于要求試樣工作面垂直向上的局部電化學掃描探針研究，而適用于本發(fā)明電解池的試樣工作面垂直向上，可進行局部電化學掃描探針研究。

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

3、利用本發(fā)明所述電解池對片狀金屬試樣開展腐蝕電化學研究的實驗方法，具體實驗步驟簡潔明了，目的明確，既包含了利用上述電解池開展的常規(guī)電化學測試，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、電解池前側壁透明觀察窗可用于輔助監(jiān)測Pt微探針的三維空間位置等)所開展的局部電化學掃描探針研究，以及電化學測試結束后簡單易行地拆卸片狀金屬試樣進行SEM、XPS等表面分析測試，恰如其分地介紹了一種適用于電化學測試及表面分析試樣電解池的應用。

附圖說明

圖1本發(fā)明所述電解池上部結構的俯視圖；

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構的俯視圖；

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

具體實施方式

下面結合實施例和說明書附圖對本發(fā)明做詳細說明，但不限于此。

如圖1-3所示。

實施例1、

一種適用于電化學測試及表面分析試樣的電解池，包括通過密封橡膠墊圈9密封連接的電解池上部結構1和嵌設鉑絲導電線圈13的電解池下部結構11，所述電解池上部結構1和電解池下部結構11密封形成電解池槽腔。

所述電解池上部結構1包括矩形框架前側壁2、矩形框架左側壁3和矩形框架右側壁4；在所述矩形框架左側壁3和矩形框架右側壁4上分別垂直嵌設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構1上設置有孔洞7。

在所述電解池下部結構11中央位置設有供放置電極試樣的凹槽12，在所述凹槽12的一側設有通向外部的通孔14。

實施例2、

如實施例1所述的一種適用于電化學測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上開設有與所述孔洞7相對應的開孔10；所述孔洞7為正方形，所述孔洞7邊長范圍：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；電解池上部結構1的外形尺寸如下，長度范圍：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。

所述電解池下部結構11的外形尺寸如下：長度范圍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。

本實施例中各個尺寸優(yōu)選如下：

如實施例1所述的一種適用于電化學測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設有與所述孔洞相對應的開孔；所述孔洞為正方形，所述孔洞邊長：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；電解池上部結構的外形尺寸如下，長度：50mm，寬度：50mm，高度：20mm；所述電解池槽腔為矩形，長度：38mm，寬度：20mm，高度：18mm；所述密封橡膠墊圈的尺寸如下，長度：50mm；寬度：50mm；厚度：2mm。

所述電解池下部結構的外形尺寸如下：長度50mm，寬度50mm，高度10mm。

所述凹槽尺寸如下：長度15.5mm，寬度15.5mm，深度2mm；所述通孔尺寸如下：直徑1mm。

實施例3、

如實施例1、2所述的一種適用于電化學測試及表面分析試樣的電解池，其區(qū)別在于，所述電解池上部結構1為有機玻璃材質，所述電解池下部結構11為有機玻璃材質。

實施例4、

一種利用如實施例1-3所述電解池對片狀金屬試樣開展腐蝕電化學研究的實驗方法，本實施例以片狀304不銹鋼作為片狀電極試樣，包括步驟如下：

(1)準備待測片狀電極試樣：將待測304不銹鋼加工制成片狀試樣，該片狀試樣長寬與所述凹槽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：將鉑絲導電線圈13固定在所述凹槽12中，另一端穿過凹槽12側邊通孔通14向外部，將片狀電極試樣放置在鉑絲導電線圈13上部，再利用緊固螺栓將電解池上部結構1、密封橡膠墊圈9、片狀電極試樣以及嵌設鉑絲導電線圈13的電解池下部結構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)向電解池槽腔內加入0.5mol/L NaCl電解質溶液；

(4)常規(guī)電化學測試：將片狀電極試樣、參比電極和輔助電極分別與電化學工作站連接，利用在計算機上安裝的電化學測試軟件進行腐蝕電化學實驗。

實施例5、

一種利用如實施例4所述電解池對片狀金屬試樣開展腐蝕電化學研究的實驗方法，所述實驗方法還包括，局部電化學測試：

(5)在所述步驟(2)電解質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，先通過位置控制器初步調節(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CCD及電解池前側壁透明觀察窗監(jiān)控，再利用在計算機上安裝的局部電化學測試軟件中的逼近曲線測試功能，精確調節(jié)Pt微探針與片狀電極試樣之間距離，確定距離后，開始局部電化學測試。

電化學測試完畢，將片狀電極試樣取出，進行接下來的表面分析測試。