[发明专利]基于微电极阵列的多通道电偶腐蚀测试系统及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量及其自动化领域，尤其是一种用于局部腐蚀研究的多通道电偶腐蚀测试方法及测试系统。

背景技术

微电极阵列又称丝束电极，由多个微小的金属或合金电极丝(微电极)按照一定的排列方式组合而成的电化学传感器。各个微电极既可以互相耦合起来作为一个整体的大面积金属电极使用，用于获取电极/溶液界面上与腐蚀相关的电化学平均信息，又能作为独立的微小探头分别测试各微小区域的电化学参数，获取电极/溶液界面上的电化学分布信息。由于微电极阵列技术在测试时不像其他的微区电化学测试技术(例如：扫描电化学显微镜技术，SECM；扫描振动电极技术，SVP；局部电化学阻抗谱技术，LEIS)那样对电极表面的平整度要求严格，因此，它特别适合用于获取具有复杂表面状态的腐蚀金属电极的电化学分布特征，例如，表面施加涂层、形成腐蚀产物或垢层、附着微生物膜的金属电极等。

金属或合金的局部腐蚀主要表现为电极/溶液界面上各部分的腐蚀程度存在明显差异，局部区域上的金属阳极溶解速度明显地大于其余表面区域的金属阳极溶解速度，即，该局部区域产生了阳极电流，且电流的大小远远超过其他区域，造成该局部区域极大的腐蚀速率。这主要是由于电极材料固有的不均一性以及腐蚀环境的不均一性使得电极表面不同区域的电位有高低差别，于是形成了腐蚀电偶，电位比较高的表面区域构成腐蚀电偶的阴极，电位比较低的表面区域构成腐蚀电偶的阳极。因此，可以通过微电极阵列测试技术来模拟和测量一个大面积金属电极表面各个微小区域的电偶腐蚀电流和电位来获取其电偶腐蚀的电化学分布信息。

然而，测试技术及测试仪器的发展相对滞后却成为微电极阵列技术广应用的一个瓶颈,有文献称曾组建了阵列电极测试装置，但是设备的关键部分——自动开关却是自行订制的，在商业上无法普及；还有文献称组建的丝束电极测试系统无法进行自动测试，因此使用很不方便。近来，有文献称采用美国NI 公司的模块化仪器搭建了一套阵列电极电化学分布测试仪，并采用LabVIEW 8.5软件编写了测控程序，在材料的腐蚀不均一性研究上取得了较大进展；然而，由于受硬件配置和数字万用表接线上的限制，阵列电极的电位扫描和电流扫描需分开进行测试，且测试的时间较长，导致测量得到的电位数据和电流数据的同步性不高，给电偶腐蚀数据的解析和研究带来一定困难，而且其测试过程的自动化程度也有待提高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于所述微电极阵列技术的多通道电偶腐蚀测试方法及测试系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于微电极阵列的多通道电偶腐蚀测试系统，其特征在于：

所述测试系统包括：模块化硬件测试系统和可视化软件测试系统；所述模块化硬件测试系统由机箱、嵌入式控制器、外设模块、仪器模块四部分组成，所述硬件测试系统为独立主控式硬件测试系统或远程控制式硬件测试系统，所述独立主控式硬件测试系统的机箱为集成了所述嵌入式控制器及外设模块的 PXI机箱，所述远程控制式硬件测试系统的机箱为具有集成MXI-Express控制模块并由台式计算机或者便携式计算机远程控制的PXI机箱；所述独立主控式硬件测试系统的控制方式由运行操作系统的所述嵌入式控制器来独立控制，所述远程控制式硬件测试系统的控制方式由运行操作系统的所述台式计算机或者便携式计算机通过所述MXI-Express控制模块来远程控制；所述仪器模块包括采用PXI总线的高速矩阵转换开关、第一数字万用表、第二数字万用表和微弱电流放大器；所述高速矩阵转换开关为按一线M行×N列矩阵配置的高速FET矩阵开关，其行通道R0至RM的数量(M+1) ≥ 4，列通道C0至CN的数量(N+1) ≥ 微电极的数量n，并且列通道C0至C(n-1)各自连接微电极阵列中的一个微电极；所述第一数字万用表和第二数字万用表分别用来测量微电极阵列中每个微电极的电偶腐蚀电流和电偶腐蚀电位；将所述高速矩阵转换开关进行电偶电流测量的两个行通道连接到所述微弱电流放大器的两个电流输入测量端，而将所述微弱电流放大器的两个电压输出端接到所述第一数字万用表的两个电压输入测量端，即，将电流测量转换为电压测量；将所述高速矩阵转换开关进行电偶电位测量的另外两个行通道连接到第二数字万用表的两个电压输入测量端，其中，电压输入的低电位测量端连接一个参比电极，微电极阵列和参比电极都放置在腐蚀电解池的电解质溶液中；所述可视化软件测试系统用虚拟仪器软件LabVIEW编写。