Прижимная ячейка для электрохимических измерений

 

Использование; проведение электрохимических измерений на исследуемых образцах , в частности, определение толщины металлических м других электропроводяа их покрытий, Сущность изобретения: в ячейке для злектрохммических измерений, содержащей корпус, в котором выполнены первый сквозной вертикальный канал, один конец которого является рабочим отверстием ячейки, второй сквозной канал, в котором размещен электрод сравнения, третий сквозной канал, вспомогательный электрод и четвертый канал для отвода электролита, отходящий от первого сквозного канала и перпендикулярно ему, второй и третий каналы соединены с первым сквозным каналом у его основания таким образом, что рабочее отверстие ячейки является одновременно и выходным отверстием обоих упомянутых каналов, а вспомогательный электрод размещен внутри первого сквозного канала. 2 ил.

COI03 СОВЕТСКИХ сОциАлистическИх

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 Й 27/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С В И,ЦЕТЕЛ Ь СТВУ «1 (21) 4780288/25 (22) 09.01,90 (46) 15,08.92, Бюл. N 30 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт "Электронстандарт" . (72) Г,Р. Алексеева (56) Отчет N 248/72. Куйбышевский политехнический институт, 1974, с, 40.

Авторское свидетельство СССР

¹ 890223, кл. 6 01 К 27/48, 1961. (54) ПРИЖИМНАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ (57) Использование; проведение электрохи мическйх измерений на исследуемых образцах, в частности, определение толщины металлических и других электро проводящих покрытий, Сущность изобретения: в ячейке

Изобретение относится к электрохимии и может быть использовано для проведения электрохимических измеренил на исследуемых образцах, в частности, для определения толщины металлических и других электропроводящих покрытий.

Известна электролитическая ячейкадатчик для измерения толщины металлических покрытий, состоящая из графитового корпуса, являющегося катодом, со сквозным каналом и резиновой насадкой с отверстием, окружающей выходной конец корпуса. Резиновая насадка служит для плотного прижатия ячейки-датчика к металлическому покрытию; являющемуся анбдбм, и изоляции последнего от катода.

Однако известная ячейка-датчик имеет ряд существенных недостатков. Один сквозной канал позволяет электролиту находиТься в ячейке лишь стационарно. Продукты,, 50,, 1755163 А1 для электрохимических измерений, содержащей корпус, в котором выполнены первый сквозной вертикальный канал, один конец которого является рабочим отверстием ячейки, второй сквозной канал, в котором размещен электрод сравнения, третий сквознол канал, вспомогательный электрод и четвертый канал для отвода электролита, отходящий от первого сквозндго канала и перпендикулярно ему, второй и третий каналы соединены с первым сквозным каналом у его основания таким образом, что рабочее отверстие ячейки является одновременно и выходным отверстием обоих упомянутых каналов, а вспомогательный электрод размещен внутри первого сквозного канала, 2 ил, электролиза; скаплйвающиеся в зоне- контакта резиновой насадки датчиков с покрытием, препятствуют электролизу. Б связи с этим металлические покрытия из-за диффузионных ограничений растворяются на ограниченную глубину(например, марганец и 1 никель на глубину не более 20 мкм), В результате большого межэлектродного рас- 0 стояния и стационарного состояния (ф электролита наблюдаются застойные явления, В начальный момент установки ячейкидатчика на поверхность металла после заливания электролита ее необходимо поднять от поверхности на высоту 1 — 2 мм для выйуска пузырьков вдздуха (иначе не будет контакта между электролитом и поверхностью металла). Невозможно послойно растворять многослойное металлическое покрытие при нахождейии сверху менее электроотрицательных металлов.

1755163

50

Наиболее близкой к предлагаемой по конструкции и достигаемому результату является электролитичаская ячейка-датчик

"для измерения толщины металлических покрытий, состоящая из графитового корпуса, 5 являющегося катодом, со сквозным кана: лом в его центральной части и резиновой насадкой с отверстием, окружающей выходной конец корпуса. С помощью подвижного графитового катода, вставленного в сквоз- 10 ной канал, пространствд последнего разделено на две части","одна из которых служит каналом для отвода рабочего электрода. В . качестве катода, выполняющего роль вспомогательного электрода и электрода срав- 15 нения, служит графитовый корпус и подвижный графитовый катод, т.е, электрод сравнения и вспомогательный электродд объединены в один электрод.

Недостатком известного устройства является то, что указанное обстоятельство приводит к большим ошибкам при измерении потенциала, даже если ячейка имеет

-низкое сопротивление, a сйла тбка, протекаю,его через ячейку; превышает несколько десятков миллиампера, Это, в свою очередь, приводит к ошибкам при расчете толщины покрытия. Форма катода не позволяет получить равномерное распределение тока, следствием чего является неравномерное растворение металлического покрытия с площади, ограниченной отверстием ре зиновой насадки. Имеющаяся в резиновой насадке высота мешает полному перемешиванию раствора у поверхности образца, что приводит к искажению результатов вследст: вие накопления продуктов реакции у поверхности образца, Низкая точность измерений также не позволяет определять толщину очень тон- 40 ких покрытий и толщину многослойных покрытий в том случае, если потенциалы

-растворяемых металлов близки.

Кроме того, круг исследуемых объектов для данной ячейки весьма ограничен, так как эта ячейка может использоваться только для измерения толщины металлических покрытий.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение круга исследуемых объектов.

Для достижения поставленной цели в прижимной ячейке для электрохимических измерений на исследуемых объектах, включающей корпус с выполненным в его центральной части сквозным каналом, в котором размещен вспомогательный электрод, и с каналом для отвода рабочего раствора, в корпусе дополнительно выполнены два сквозных канала, выходные отверстия которых совмещены с выходным отверстием канала для вспомогательного электрода, причем в одном из дополнительных каналов расположен электрод сравнения, а канал для отвода рабочего раствора выполнен в верхней части ячейки и соединен с каналом для вспомогательного электрода, На фиг. 1 представлена схематически заявляемая прижимная электрохимическая ячейка; на фиг. 2 — то же, вид сбоку.

Ячейка представляст собой корпус 1, в теле которого выполнены три сквозных канала. Первый сквозной вертикальный канал

2 в центральной части ячейки предназначен для введения вспомогательного электрода

3, Канал 4 слу>кит для введения электрода 5 сравнения. Подвод электролита осущсствляется через канал 6, а отвод — через отверстие 7, выполненное в канале 2, и канал 8.

Все три канала 2, 4, 6 у основания соединяются и заканчиваются выходным отверстием 9 ячейки, которое приводится в контакт с исследуемым образцом 10 (рабочим электродом), Самостоятельная цепь для измерения потенциала создается с помощью канала 4, в который вводится электрод 5 сравнения. Канал 6 подводится симметрично каналу 4 непосредственно к поверхности образца 10 под тем же углом к каналу 2 с тем, чтобы обеспечить полный отвод продуктов реакции от поверхности исследуемого образца. Прич м каналы 4 и 6 идентичны, так как расположены симметрично относи.тельно центрального канала 2. Каналы 4 и 6 могут и плавно переходить в канал 2, Уровень отвода канала 8 можетбыть произвольным и определяется только расходом электролита, а также уровнем расположения носика электрода 5 сравнения и вспомогательным электродом 3. Площадь, исследуемая на образце 10, определяется отверстием 9 в ячейке.

Устройство работает следующим образом.

Электрохимическую ячейку и исследуемый образец помещают в зажим (не показан), Электрод 5 сравнения, вспомогательный электрод 3 и рабочий электрод (образец 10) подключают к соответствующим клеммам потенциометра или другого электрохимического прибора, позволяющего работать в трехэлектродной системе, К каналу

6 присоединяется сосуд с рабочим раствором, который, протекая по каналу 6, выводится через отверстие 7 по каналу 8.

Расстояние между вспомогательным электродом 3 и рабочим электродом 10 можно регулировать, передвигая вспомогательный электрод 3 Ilo каналу 2.

Описанная ячейка для электрохимических измерений применялась для определения толщины слоев продуктов коррозйи и многослойных покрытий таких, как например, серебро-хром, нанесенных на квар- 5 цевую подложку. Fs качестве рабочего раствора использовался 1 M ИаКОз. Толщина измеряемых покрытий составляла для серебра — 8000 А для хрома — 250 Д.

Растворение контролировалось с помощью 10 микроскопа МБС вЂ” 9 при увеличении 57" и х

100, Диаметр отверстия в ячейке, определяющий площадь растворения, составлял

0,7 мм.

В такой ячейке лоток проточного"элект- 15 ролита подходит к самой поверхности образца, обеспечивая полную очистку поверхности от продуктов реакции, Ячейка также представляет собой монолитйую конструкцию, что значительно облегчает ее ис- 20 пользование.

Предлагаемая ячейка действительно позволяет повысить точность измерения, так как, ячейка позволяет полностью отво- 25 дить образующиеся продукты реакции с поверхности рабочего электрода; вспомогательный электрод расположен таким образом, что силовые линии распределены по поверхности рабочего электрода равномер- 30 но, что позволяет проводить равномерное растворение по всей поверхности рабочего электрода; в ячейке удовлетворены требования, предъявляемые к капилляру Луггина с целью получения максимальной точности 35 измерения потенциала, Злектрохимическая ячейка позволяет проводить измерения с точностью 2 в то время, как на известных электрохимических ячейках максимальная точность — 10, 40

Высокая точность измерений дополнительно расширяе возможности ячейки, так как позволяет определить, как видно из экспериментальных результатов, толщины тон- 45 ких слоев. Устройство позволяет измерять толщину слоев соединений, образующихся при взаимодействии слоев, например в системе алюминий-никель определяли толщину образующихся слоев общей формулы 50

А4К1у, потенциалы которых очень близки, с такой же высокой точностью.

Предлагаемая прижимная ячейка для электрохимических измерейий позволяет расширить круг исследуемых объектов, за счет того, что использование трехэлектродной системы позволяет не только измерять толщину металлйческих покрытий, но и исследовать электрохимические процессы, протекающие на поверхности рабочего электрода (межкристаллитная и другие виды коррозии}, за счет исследования процессов, протекающйх в растворах. Это возможно реализовать, не изменяя конструкции устройства, а лишь только закрыв выходное отверстие 9 ячейки, а рабочий электрод поместив в канал 6, Кроме того, преимуществом предлагаемой конструкции ячейки является выполнение канала 4 (выполняющего роль капилляра Луггина) в толще ячейки (его положение закреплено). Это снимает трудности, связанные с его изготовлением и эксплуатацией. Такая конструкция позволяет делать диаметр канала различным в зависимости от проводимого "эксперимента, в частности, уменьшение диаметра позволяет улучшить точность измерения (диаметр канала ограничивается увеличением сопротивления электролита внутри тонкого капилляра), Формула изоб ретения

Прижимная ячейка для электрохимических измерений, включающая корпус с выполненным в его центральной части сквозным каналом, в котором размещен вспомогательный электрод, и канал для отвода рабочего раствора, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения круга анализируемых объектов, в корпусе дополнительно выполнены два сквозных канала, выходные отверстия которых совмещены с выходным отверстием канала для вспомогательного электрода, причем в одном из дополнительных каналов расположен электрод сравнения, а канал для отвода рабочего раствора вь,полнен в верхней части ячейки и соединен с каналом для вспомогательного электрода, 1755163

Составитель Л,Осетинская

Техред M.Mot:ãåíòàë Корректор Л.Лукач .

Редактор M,Повязан

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 2888 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., 4/5