[发明专利]金属箔材表面处理高通量样品制备与表征的装置及方法

说明书

本发明主要属于金属表面处理、表征、系统性数据积累与数据智能化应用技术领域，涉及金属箔材表面处理高通量样品制备与表征装置及方法。所述装置包括金属箔材表面处理高通量样品制备与表征综合控制系统、金属箔材表面处理高通量样品制备系统、金属箔材表面处理高通量样品表征系统、制备与表征数据存储系统以及在上述各系统间实现有效连接的连接系统，并可包含智能化数据应用系统。本发明主要特征及优势在于，将高通量思想和方法应用到金属表面处理领域，实现自动化、流水线式金属箔材表面处理高通量样品制备、表征及数据积累，最大限度减少人为因素影响，缩短实验周期，大大提高金属表面处理工艺筛选与优化、金属腐蚀数据系统性积累工作效率。

技术领域

本发明主要属于金属表面处理、表征、系统性数据积累与数据智能化应用技术领域，具体涉及金属箔材表面处理高通量样品制备与表征的装置及方法。

背景技术

随着科学技术的发展，电子材料、装饰材料等领域对金属箔材的需求日益增加，依据各行各业对金属箔材不同的应用需求，需要对金属箔材进行表面化学或电化学修饰（精饰）、表面阳极氧化、防锈处理等，如用于制造印刷线路板的粘结面需要对铜箔表面进行表面处理以提高其与绝缘树脂基材之间的粘附性，印刷线路板需要进行防锈处理等，同时对金属箔材进行化学/电化学修饰还可以提高其表面机械性能。在对金属箔材进行表面处理的过程中，表面处理质量的好坏均是通过处理液成分、温度、传质流场组织、电化学方法辅助制备时电流/电位调控等多种因素综合调控来实现。基于已知范围的工艺调控尚需要反复的摸索尝试，自主开发新工艺的正交实验筛选及后期对金属箔材的性能表征，整体工作量巨大，耗时耗力，造成新工艺开发周期相当漫长。因而，迫切需要开发一种高效率、可调控性强的金属箔材表面处理样品制备与表征的自动化流水线式实验装置和方法，提高金属箔材表面处理样品制备及表征的效率，进而提高金属箔材表面处理工艺筛选与优化效率。

此外，系统的金属腐蚀数据库的建立，对于金属构件的设计、寿命预测、与安全服役意义重大。但是金属材料的成分、微观组织结构与成分分布、材料内的缺陷情况、表面膜状态、周围局部区域气液相环境的情况（包括成分、浓度、温度、流动状态、电导率、均匀性等）、受力情况（包括材料的内应力和外界施加应力，及外应力的种类与尺度差异等）、是否与异金属发生电连接等多方面的因素均可能对金属材料的腐蚀行为（腐蚀类型及腐蚀速率）产生影响。即，同一金属在不同溶液环境（溶液成分、温度、流动状态等）下、同一宏观成分的金属其微观组织结构与成分分布存在差异时，即使在同一溶液中不仅腐蚀速率、甚至腐蚀机制都可能发生转变。因而，腐蚀数据收集对系统性、重现性要求很高，实验量巨大。所以同样迫切需要开发一种高效率、可调控性强的金属腐蚀数据积累的自动化流水线式实验装置和方法，以减小数据收集中人为因素的影响，缩短金属腐蚀数据系统性积累及建立金属腐蚀数据库的时间周期，提高特定腐蚀环境下材料筛选效率，为特定材料在某腐蚀环境下的服役行为与寿命预测奠定基础。

虽然上文中描述的化学/电化学表面处理工艺筛选与优化、和金属腐蚀数据的系统性收集研究的应用目的不同，但化学/电化学表面处理样品的制备与表征、和金属腐蚀样品的制备与表征在工艺装置及方法上有很强的相似性，均是利用化学/电化学手段处理金属表面、进而进行后续的表界面性能表征，因而本发明中将上述两个应用背景下的研究需求合并考虑为“金属表面处理样品的高通量制备与表征”需求。

可见，金属表面处理工艺筛选与优化、以及金属腐蚀数据的系统性收集均需要提高样品制备与表征实验效率。

高通量实验及表征是在短时间内完成大量样品的制备与表征，将传统材料研究中采用的顺序迭代方法改为流水线式、自动化处理，以量变引起材料研究效率的质变，降低人员、资金、时间投入，以期快速地提供有价值的研究成果，直接加速材料的筛选和工艺的优化，同时提高实验数据收集、处理与工艺优化研究的客观性与科学性。但是在现有技术中，并不存在将将高通量的思想和方法应用到金属表面处理工艺筛选与优化领域的技术存在。

发明内容