[发明专利]测试微区腐蚀电位电流密度分布的扫描装置

说明书

本发明属于金属局部腐蚀的测试设备。

长期以来，金属表面电位和电流密度分布的测量在国内外腐蚀科学界一直是一个难题。本发明人在“WF-Ⅱ型微区电位分布测定仪”（厦门大学学报第24卷第4期，第457-463页）中公开一种采用自动平面扫描机械装置和微步进电机驱动微电极扫描动作的微区电位分布测定仪。它采用两个微参比电极，采用两台微型步进电机通过给定的脉冲，分别控制样品和微参比电极同步动作。x-y扫描信号控制电路由脉冲发生器、计数器、触发器和门电路组成。驱动电路由两个组完全相同的步进电机环形分配器CH250和功放级组成，分别驱动x、y轴两台步进电机工作。提高了扫描速度、扫描范围和测量精度。

由于实际腐蚀体系的电位分布信号微弱，干扰严重，扫描控制和驱动电路受到限制，因此上述装置所得的电位分布图仅为间隔固定的等电位图，不够清晰、直观;其扫描范围较小且固定，在测量精度、数据处理和结果显示方面还不能满足实际腐蚀体系的需要。

本发明的目的是改进微参比电极，利用微机系统，提供具有能检测到金属表面低达数微米区域和约10微伏的微区电位信号，噪声抑制能力强，实现现场在线测量和测量结果平滑处理的装置。

微参比电极是微区电化学测量的关键部件，其参数极大地影响微区电位的测量精度。本发明将两根微参比电极固定在一起，其尖端位于垂直于样品表面的同一直线上，距离为300～600微米，尖端离被测样品小于30微米，如图1和2所示。

微参比电极与样品之间的距离由电极上下读数微调器（25）调节并读数，距离小于50微米，一般小于30微米，最好约10微米，读数精度为1微米。

除微参比电极和电极上下读数微调器外，机械扫描装置由底板、滑轨、滑块、立柱、横梁、丝杆、电机、轴承联轴装置、样品架、电解池、电极装夹具和微计算机控制电路等部分组成。扫描方式采用样品在X轴方向来回运行，微参比电极在Y轴方向步进，以扫描整个样品表面。其动态原理是：X轴方向步进电机以一定转速直接带动丝杆，推动滑块在滑轨上平动一定的距离，滑块上的样品也跟随同样的运动。此时，Y轴方向步进电机转动一定的角度，推进微参比电极在Y轴方向步进一定距离，接着X轴步进电机反转，使样品回扫到另一端，微参比电极再向Y轴方向步进一步，接着X轴步进电机再正转。如此往复循环，微参比电极就自动扫描了整个样品表面。

如附图3、4和5所示，X轴滑轨（11）固定在底板（31）上，X轴步进电机（17）通过轴承（14）和联轴部件（15）使X轴丝杆（13）转动，以便驱动X轴滑块（12）在X轴滑轨上来回平动，样品架（19）和电解池（20）固定在X轴滑块上跟随一起运动。

横梁（21）固定在立柱（22）上，横梁上装有滑条（23），Y轴滑块（24）可在滑条上自由滑动，电极上下读数微调器固定在Y轴滑块上，微参比电极通过电极装夹具（26）与电极上下读数微调器连接，固定在电机座（30）上的Y轴步进电机（29）驱动Y轴丝杆螺母（28），联动Y轴丝杆（27），使Y轴滑块在滑条上运动，即微参比电极也跟随运动。

X轴丝杆与Y轴丝杆互相垂直，这样被测样品在X轴方向上来回运动，微参比电极在Y轴方向步进，结果使微参比电极扫描了整个样品表面。

自动扫描过程是由微计算机控制的，控制电路由可编程并行I/O接口（PPI）、CTC、环形分配器和功放电路等组成。微机中的CPU通过可编程并行I/O接口（PPI）与外设连接，外部状态信息（例如微参比电极位置调节键）由PPI的输入端口输入，通过端口改变X轴步进电机和Y轴步进电机的正转或反转，以调节微参比电极的扫描位置。PPI输出控制信号，控制向X轴和Y轴步进电机提供脉冲信号，以控制电机按程序给定的参数运转。PPI的另一个输出端口输出的控制信号与CTC配合形成定时脉冲，作为驱动步进电机的脉冲源，脉冲频率由软件控制，以改变电机的运转速度即微参比电极的扫描速度。CTC工作在计数状态，还可分别对驱动X轴和Y轴步进电机的脉冲数进行计数，从而控制电机运行的时间，即微参比电极的扫描行程。

从PPI和CTC输出的脉冲信号分别送给两组相同的驱动电路，先通过步进电机环形分配器，输出三组具有不同相位关系的系列脉冲，分别经三组功放后驱动X轴和Y轴步进电机运转。

复位信号可使扫描处于初始状态。