[发明专利]一种动态液膜下多尺度电化学测试装置及方法

说明书

本发明涉及金属腐蚀及电化学研究领域，具体公开了一种动态液膜下多尺度电化学测试装置及方法，该装置由动态液膜环境模拟和控制装置、液膜厚度自动测试装置、电化学工作站及微电极阵列测试系统和微区电化学测试系统组成，动态液膜环境模拟和控制装置内设置有电解池，可以模拟和监测动态液膜下局部腐蚀的电化学行为，实现宏观、介观、微观多尺度电化学信号的监测。该装置功能齐全，可以配合使用动态液膜控制、测量装置和多种电化学测试手段同时使用，并且具有安装方便、操作性强、稳定性强等特点。

技术领域

本发明涉及金属腐蚀及电化学研究领域，具体公开了一种动态液膜下多尺度电化学测试装置及方法。

背景技术

水是人类最为宝贵、不可替代的自然资源。低温多效蒸馏海水淡化(LT-MED)技术是国际海水淡化的主流技术之一，因技术成熟、产水水质高、对进水水质要求宽松，以及可以利用低品位热源和废热等优势，在我国特别是北方沿海地区发展前景广阔。当LT-MED蒸发器运行时，水平传热管反复处于降膜蒸发的环境中，直接与高温度、高盐度的海水液膜或蒸汽长期接触，发生局部腐蚀而失效的案例屡见报道。动态液膜的凝析及其形态转化对海水淡化降膜蒸发环境中的传热金属局部腐蚀过程至关重要。另外，动态液膜腐蚀现象广泛存在于土壤环境、水线区、浪花飞溅区等自然环境腐蚀过程，远洋运输船舱环境、天然气长输管线内环境、热电厂热交换器等热能动力设备、大功率电力接触器、集成电路芯片微电子器件、钢筋/混凝土工程设施、封存防护等工业环境中也广泛存在动态液膜腐蚀现象。

由于液膜腐蚀体系液相含量极少，相界面多，表面张力影响大，因而液/固界面状态和电化学信息参数均呈现不均匀分布特性，导致腐蚀电化学行为，包括腐蚀电位、腐蚀电流密度、阴/阳极电流密度、极化电阻、电化学迁移电阻、液膜溶液电阻的不均匀分布。液膜腐蚀电化学体系的阳极过程和阴极过程受到有限液相有限传质过程的影响，在其极化曲线行为特征方面与溶液体系有较大区别。单纯依靠传统腐蚀电化学测试手段，不能满足液膜下腐蚀电化学的测量要求。在信息测量和解析等实验技术方面需要采取相应合理的方法，才能获得具有解析价值的可靠信息。

宏观电化学方法提供的宏观尺度下的整体平均信息，是其它电化学测试方法的研究基础和工作起点，可用于表征各组成部分的自腐蚀电位、腐蚀电流密度和极化特性，并预示局部腐蚀的倾向和临界条件，有利于与既有的研究工作进行对比、印证。

微电极阵列测试技术能够测试各微小区域的电化学参数，给出大面积电极无法提供的表面参数分布及差异大小等重要信息，表征电极表面的电化学不均匀性。微区电化学测试技术可以在无接触的情况下测量腐蚀金属表面的局部电化学信息，并且可以得到比微电极阵列测试技术更微小的电化学参数。而微区电化学测试技术提供的微观尺度下的微区分布信息与微电极阵列方法提供的介观尺度下的局部分布信息，可以区分不同区域的电化学特性差异，能够准确反映局域化的腐蚀及其电化学过程。微区电化学测试技术与微电极阵列方法相比虽然测试时间长、数据同步性略差，但空间分辨率和准确率更高，若两者相互配合、联用，则可取长补短、互为补充，能否结合这两种技术获得一种更加适合液膜腐蚀体系的检测技术，成为本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

针对现有技术存在的诸多问题，本发明提供了一种动态液膜下多尺度电化学测试装置及方法，该装置由动态液膜环境模拟和控制装置、液膜厚度自动测试装置、电化学工作站及微电极阵列测试系统和微区电化学测试系统组成，动态液膜环境模拟和控制装置内设置有电解池，可以模拟和监测动态液膜下局部腐蚀的电化学行为，实现宏观、介观、微观多尺度电化学信号的监测。该装置功能齐全，可以配合使用动态液膜控制、测量装置和多种电化学测试手段同时使用，并且具有安装方便、操作性强、稳定性强等特点。

本发明的具体内容如下：

发明人首先提供了一种动态液膜下多尺度电化学测试装置，该装置由动态液膜环境模拟和控制装置、液膜厚度自动测试装置、电化学工作站及微电极阵列测试系统和微区电化学测试系统组成，其中：