[发明专利]一种金属材料腐蚀过程原位定量分析系统及分析方法

说明书

本发明公开了一种金属材料腐蚀过程原位定量分析系统及分析方法，该分析系统包括电解液储存器、电化学反应单元、电化学工作站、溶液分离器、气体收集单元、电感耦合原子发射光谱仪和电脑；电化学反应单元内放置有金属材料，电解液储存器与电化学反应单元进口连接；电化学工作站与电化学反应单元连接；溶液分离器进液口与电化学反应单元出口连接，溶液分离器出液口Ⅰ与气体收集单元连接；溶液分离器出液口Ⅱ与电感耦合原子发射光谱仪连接；电化学工作站、气体收集单元和电感耦合原子发射光谱仪分别与电脑连接，便于将采集数据传送至电脑，以实时监测电化学信号、气体生成量和元素溶解速率，从而实现对金属材料腐蚀过程进行定量分析。

技术领域

本发明属于材料腐蚀与防护技术领域，特别涉及一种金属材料腐蚀过程原位定量分析系统及分析方法。

背景技术

材料腐蚀过程的定量化分析是揭示材料腐蚀机理的关键所在，因此，腐蚀过程的定量化分析方法的开发也成为了腐蚀领域的热点研究话题。一般材料腐蚀过程的研究方法分为原位和离位分析，其中原位分析法由于可以对材料腐蚀过程进行原位分析而越来越受到研究学者的关注。

目前材料腐蚀的原位分析方法包括原位透射电镜，原位拉曼，原位扫描振动电极(SVET)，原位气体收集，原位电化学测试。上述几类方法可以对腐蚀过程的形貌，结构以及材料表面电化学反应信号进行实时监测。然而一般材料的腐蚀过程通常会伴有元素的溶解(M^x+)，气体生成(gas)，氧化物或氢氧化物等不可溶物的生成(以氧化物为例：M₂O_x)以及电子转移过程(e^-)。根据质量电荷守恒原则，要实现对腐蚀过程的定量化分析，至少要获得其中三种信息。但是上述几类原位分析方法仅能给出其中的一种或两种信息，无法对腐蚀过程进行定量化分析，给出具体的材料腐蚀机理。

因此，如何实现材料元素溶解，气体生成和电化学信号的原位实时在线监测，即材料腐蚀过程的各基元反应的原位定量化分析已成为腐蚀防护领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种金属材料腐蚀过程原位定量分析系统及分析方法，该分析系统能够对金属材料腐蚀过程的元素溶解，气体生成以及电化学反应信号进行原位实时监测。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种金属材料腐蚀过程原位定量分析系统，包括电解液储存器、电化学反应单元、电化学工作站、溶液分离器、气体收集单元、电感耦合原子发射光谱仪和电脑。

所述电解液储存器用于存储电解液；电化学反应单元具有进口和出口，电化学反应单元内放置有金属材料，所述电解液储存器与电化学反应单元进口通过管路Ⅰ连接，并在管路Ⅰ上设有蠕动泵Ⅰ，以将电解液泵入电化学反应单元与金属材料接触发生电化学反应。

所述电化学工作站与电化学反应单元连接，用于实时采集金属材料与电解液的电化学反应信号。

所述溶液分离器具有进液口、出液口Ⅰ和出液口Ⅱ，所述溶液分离器进液口与电化学反应单元出口通过管路Ⅱ连接，所述溶液分离器出液口Ⅰ与气体收集单元通过管路Ⅲ连接，便于产生的气体和电化学反应后的部分电解液进入气体收集单元，以实时采集气体质量变化数据；所述溶液分离器出液口Ⅱ与电感耦合原子发射光谱仪通过管路Ⅳ连接，并在管路Ⅳ上设有蠕动泵Ⅱ，便于将电化学反应后的剩余电解液泵入电感耦合原子发射光谱仪，以实时采集元素发射光谱的强度数据。

所述电化学工作站、气体收集单元和电感耦合原子发射光谱仪分别与电脑连接，便于将采集数据传送至电脑，以实时监测电化学信号、气体生成量和元素溶解速率，从而实现对金属材料腐蚀过程进行定量分析。