Устройство для спектральных измерений при протекании электрохимических процессов Советский патент 1986 года по МПК G01N23/227 G01N27/50 

11224692

Изобретение относится к спектрокопии, а именно к гамма-резонансной мессбауэровской) спектроскопии, и мо- ожет быть использовано в химической рО1« шшенности, меташтургии и металло- 5

го эл

ра

ло ко уд но тр ко ни сл пу ба тр ме тр та пр щи

ведении, в электрохимии и для исследования процессов коррозии.

Цель изобретения - повьшение точности спектральных измерений и достоверности сведений о химическом и фазовом составе иа поверхности исследуемого пористого злектрода.

На чертеже представлена схема устройства ДЛЯ спектральных измерений при протекании злектрохимических процессов с некоторыми блоками гамма-резонансного спектрометра. Устройство состоит из герметичной емкости, верхняя часть 1 которой изготовлена из тефлона, а нижняя часть 2 - из тонкого стекла. Исследуемый ;пористый электрод 3 установлен горизонтально, что позволяет минимально уменьшить толщину слоя электролита и резко снизить интенсивность гамма-излучения , поглощаемого слоем электролита 4. Вспомогательный электрод 5 изготовлен из платиновой проволоки и отделен от рабочего объема устройства шлифом. Капилляр электрода 6 сравнения размещен в одном из отверстий исследуемого электрода 3. Для продувки через устройство газов в нем предусмотрены труб- ки для ввода 7 и вывода 8 газов. В сменном чувствительном элементе-детекторе 9 имеется входное окно 10 из оргстекла, алюминия или бериллия, являющееся одновременно фильтром от рентгеновского излучения мессбауэров скогб источника 11-Со , который крепится или непосредственно на вибраторе 13 допплеровского датчика скоростей, или соединен с вибратором с помощью штока 12. Кроме того, в детекторе 9 имеются анод детектора 14 и сеточный электррд 15 для подачи тормозящего потенциала. Сетчатый электрод 15 необходим для уменьшения фона от стенок и отбора различньк энергий электронов, получающихся при поглощении исследуемым электродом мессбауэровских гамма-квантов. Для измереиий в сухом устройстве преду- смотрена трубка 16 для слива электролита. На чертеже изображены также приемники 17 и 18 мессбауэровско

0

5

5 0 5 0 0 5

S

го излучения и регулятор 19 уровня электролита.

Устройство работает следующим образом.

В емкость 2 заливают раствор щелочи,, служащий электролитом, через который продувают инертный газ для удаления из электролита растворенного кислорода. Затем рабочий электрод 3 подвергают электрохимической i поляризации. Фазовые превращения, протекающие на поверхности исследуемого электрода, регистрируют путем измерения соответственно месс- баузровских конверсионных и Оже элек- тронов на мессбауэровском спектрометре. В процессе поляризации электродов как при электрохимических, так и при химических и коррозионных процессах могут проводиться следующие режиьы спектральных измерений.

1.Исследование фазовых превращений на поверхности образцов путем рассеяния мессбауэровских гамма- квантов (исследуемые глубины до

20 мкм). Измерения ведут как в режиме углового рассеяния с использованием наполненных пропорциональных счетчиков, так и рассеяния в геометрии 2 с использованием специальных пропорциональных счетчиков 18 со сквозным отверстием через объем счетчика (в этом режиме измерений используются вибратор 13, мессбауэровский источник П и приемник 18).

2.Измерения в геометрии 21Г рассеяния на глубину до 10 мкм путем регистрации рентгеновского излучения

с энергией 6,3 КэВ и вероятностью перехода 0,24 (в этом варианте измерений используют вибратор 13, мессбауз- ровский источник 11 и детектор 9).

3.Измерения на глубину до 0,4 мкм в геометрии 2ТГ рассеяния путем регистрации К - конверсионных электронов с энергией 7,3 КэВ и вероятностью перехода - 0,63. В этом варианте измерений вместо азота (режим 1) и смеси аргона с 5% СНу (режим 2) через ячейку пропускают смесь Не + 5% СН (используют вибратор 13, мессбауэровский источник и детектор 9) .

4.Исследование фазовых превращений в еще более тонких поверхностных слоях путем заполнения всего объема ячейки газом (например CHj) при давлении 5-10 торр и использования по

ниженного высокого напряжения для анода сменной чувствительной ячейки - счетчика конверсионных и Оже- электронов. В устройстве имеется сеточный электрод 15, на которой подается изменяемый отрицательный потециал, позволяюпщй увеличить отношение сигнал-фон и производить отбор энергий регистрируемых электронов. Используют вибратор 13, мессбауэров- ский источник 11 и детектор 9.

При режимах 2-4 (проведение потен циодинамических и потенциостатичес- ких исследований in situ) устройство одновременно является и детекто- .ром для анализа энергетических распределений излучений. Исследуемый электрод всегда находится под нулевым потенциалом (земля) и является катодом детектора, а анодная или ка- тодная поляризация задаются изменением полярности поляризукяцего истоника. Оптимальные условия для каждого из приведенных примеров достигаются сменой чувствительного элемента. Например, для режима 2 расстояни между анодом (нить диаметром 20 мкм или тонкая легкая пластинка из магниевого сплава или бериллия) и катодом (исследуемым образцом) выбирается ок ло 8 мм или более, а для режимов 3 и 4 расстояние выбирается около 2- 4 мм.

Предлагаемое устройство позволяет ; хроводить одновременно электрохими- веские и спектральные измерения образца в режиме in situ, не допуская контакта образца с воздухом, что ред

to

tS20

46924

ко повышает достоверность информации о химической и фазовой структуре приповерхностных слоев образца. При электрохимической поляризации пористый мелкодисперсный образец полностью находится в электролите. Устройство может применяться при исследовании образцов с естественным (не обогащенным) содержанием мессбауэровского изотопа, позволяет изучать химические превращения на , поверхности образцов.

Формула изобретения.

Устройство для спектральных измерений при протекании электрохимических процессов, содержащее герметичную емкость с электролитом, снабженную входной и выходаой трубками для продувки газа, источник и детектор электромагнитного излучения, причем в емкости размещены погруженные в электролит исследуемый и вспомогательный электроды и вшюлнены окна для электромагнитного излучения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности спектральных измерений и достоверности сведений о хюошеском и фазовом составе на поверхаости исследуемого пористого электрода, устройство дополнительно содержит анод и сетчатый электрод, расположенные над слоем электролита перпендакулярно направлению распространения излучения, источник которого расположен над емкостью, а приемник - под емкостью.

1.17

Изобретение относится х устройствам для спектральных исследований, в частности гамна-резонансной спектроскопии поверхностных слоев металлических материалов в условиях электрохимической поляризации. В предложенном устройстве с целью повышения достоверности измереиий исследуемый пористый электр од размещен горизонтально, над Him расположены анод н сетка детектора, источник излучения установлен над устройством, а приемник излучения - под ним. 1 ил.

Редактор И.Касарда

Составитель Е.Анисимов

Техред И.Верес КорректорМ.Демчик

Заказ 1944/43 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Прои:1Вод( твенно-полиграфичаское предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4