JP3274772B2 - 電気化学計測器における金属表面位置検出方法 - Google Patents
電気化学計測器における金属表面位置検出方法Info
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Description
いて電解質溶液中での金属の電気化学的反応の不均一性
を測定する電気化学計測器において、金属の表面位置を
検出する金属表面位置検出方法に関するものである。
あるいは電池の電極表面における電着等の金属の不均一
反応の測定及び解明は、当事者にとって技術的に重要な
課題である。特に反応中での測定は重要であり、このよ
うな測定を行う装置として走査型振動電極装置が開発さ
れ、実用化されている。
明図であり、図2(a)は金属の局部腐食の場合の電解
質溶液中での電流経路を示し、図2(b)は等電位線即
ち電位分布を示す。電流はアノード1からカソード2へ
流れ、アノード1の周辺には図2(b)に示すような電
位勾配が生じる。この電位勾配を測定することにより、
アノード1の位置やアノード1から流れ出す電流の大き
さを決定することができる。従って、図2(b)の点線
部分を走査し、測定電極の金属表面への対向方向におけ
る振幅間の電圧を検出することにより、電位勾配を測定
することができ、これを液抵抗で除算すると電流値も求
めることができる。
示し、3は電解質溶液4を収納するととに電解質溶液4
中に浸漬された金属の試験片5を収納する槽、6,7は
絶縁被覆(先端は露出)された白金ワイヤからなる微小
な測定電極及び不感電極であり、試験片5に対して対向
配置される。8はバイモルフ型ピエゾ素子からなる加振
手段であり、測定電極6及び不感電極7を上下に振動さ
せる。その振動周波数は100〜700Hzであり、振
動による変位は30μm以内である。このように電極
6,7を振動させることによりDC電位をAC電位に変
換し、信号の増幅とノイズの低減を可能にしている。測
定電極6の先端は試験片5の表面から0.1mm離し、
不感電極7は試験片5の表面から10mm以上離す。不
感電極7はノイズ除去のために設けたものである。又、
加振手段8は振動電源に接続されている。
プにより測定される。ロックインアンプは、周波数と位
相が既知の信号の振幅を高い感度で測定するものであ
る。加振手段8は2台のステッピングモータで駆動する
メカニカルステージ9に取り付けられ、直交する水平2
方向に走査される。10は電解質溶液4中に浸漬され、
測定電極6の相対値を測定する際の基準値を測定する飽
和カロメル参照電極であり、その出力はエレクトロメー
タにより測定される。
質溶液4中にある金属の試験片5の表面に電気化学的な
作用によって生じる電位の分布を、振動するとともに水
平方向に走査される測定電極6と試験片4との間に流れ
る微小電流に基づいて検出しており、この電位分布から
腐食状況や面の凹凸などを検出することができる。
査型振動電極装置の検出感度は試験片5の表面と測定電
極6との間の距離、測定電極6の上下方向の振幅、電解
質溶液4の比抵抗などに依存する。従って、試験片5の
表面と測定電極6とのギャップを正確に測定し、認定す
ることが重要である。従来、このギャップの測定を光学
顕微鏡により横あるいは斜め上方から行っており、その
測定限界は100μm程度であり、測定精度も低いもの
であった。又、最近では、走査型振動電極装置の有望性
が認識されるに従って、その測定分解能も増々高いもの
が要求されるようになってきた。
電極6のギャップhとの関係を示し、理論解析(「粒界
腐食電流検出のための走査型振動電極法」篠原正他、Bo
shoku Gijutsu vol 39、NO.12、PP688、1
990)によれば、幅tの試験片5の電位分布を検出す
るためにはh/t≦1/2の関係を満たす必要がある。
従って、ギャップhは幅tの半分以下にする必要があ
り、tが10μm程度であるとすると、hは5μm以下
にしなければならず、この値は従来の顕微鏡法では測定
不可能であった。
て試験片5の表面位置を正確に検出するために、測定電
極6を下降させて試験片5の表面に機械的に接触させる
ことが考えられたが、この方法は測定電極6の先端が1
μm以下に鋭く加工されており、試験片5との接触によ
り変形するため採用できなかった。又、測定電極6と試
験片5の間に微小バイアス電圧を印加するとともに、測
定電極6を試験片5に近づけ、この間にトンネル電流が
流れたことにより試験片5の表面位置を検出することも
行われている(走査型トンネル顕微鏡)が、この微小バ
イアス電圧によって試験片5の表面に電気化学反応を誘
起させる危険があった。
めに成されたものであり、測定電極を金属に接触させて
損傷させたり、金属表面に余分な電気化学反応を起こさ
せたりすることなく、金属の表面位置を正確に検出する
ことができる電気化学計測器における金属表面位置検出
方法を得ることを目的とする。
る電気化学計測器における金属表面位置検出方法は、微
小な測定電極を金属表面に近づけ、測定電極が金属表面
に形成された電気二重層に達した際に電気二重層から発
せられる電気信号により金属の表面位置を検出し、測定
電極を停止させるものである。
属表面位置検出方法は、測定電極と金属表面とが十分に
離れた状態で両者間の自然電圧を測定し、両者間の電圧
がこの値の120〜150%の値になった際に測定電極
を停止させるものである。
が金属表面に近づけられ、測定電極が金属表面に形成さ
れた電気二重層に達すると、測定電極と金属表面との間
の電流または電圧が急激に上昇し、これによって金属の
表面位置がほぼ正確に検出され、測定電極は停止され
る。
との間の自然電圧が予め測定され、両者間の電圧がこの
値の120〜150%になった際に金属の表面位置が検
出され、測定電極が停止される。
おける金属表面位置検出方法を図面とともに説明する。
走査型振動電極装置の構成は図1に示す通りである。図
4は電解質溶液中において金属表面に形成される電気二
重層の帯電粒子の分布を示し、dは電気二重層の厚さを
示し、厚さdは金属や電解質溶液の状態により異なる
が、通常は1μm以下である。又、図5において、11
は試験片5の表面に形成された電気二重層を示し、測定
電極6と試験片5との間は接続線12により接続し、接
続線12には電流計13を設ける。
定電極6及び試験片5を介して図6に示すように一定の
放電電流が流れており、ここで測定電極6を試験片5に
近づけ、測定電極6が電気二重層11に達すると、電流
計13に流れる放電電流は急激に増大する。この電流値
は試験片5や電解質溶液4により異なるが、試験片5の
単位面積当たり1〜10PA/cm2程度である。従っ
て、この電流値を検出した際に測定電極6の試験片5方
向への微動を停止させ、この位置を試験片5の表面と認
識すれば、厳密には試験片5の表面ではないが、表面に
限りなく近い点が検出され、この点を原点とすることが
できる。
りとした方がよいが、実験においては0.2μm/1Pu
lse〜0.5μm/1Pulse程度の移動速度であれば、測
定電極6を試験片5に接触させることなく停止させるこ
とができる。上記のように原点を検出した後は、測定電
極6をゆっくりと上昇させ、測定電極6の先端が試験片
5の表面から所定距離離れた位置で測定電極6を停止さ
せれば、この両者の間のギャップを正確に設定すること
ができる。従って、走査型振動電極装置の測定分解能を
1μm〜10μm程度に上昇させることができる。
際の放電電流の急激な増大により試験片5の表面位置を
検出したが、さらに厳密には測定電極6の下降を停止さ
せる検出電流の絶対値の設定が重要である。この設定電
流が大きすぎると測定電極6は試験片5に衝突する危険
があり、設定電流値が小さいと表面位置より離れた位置
を誤検出する危険がある。
極6と試験片5が十分に離れた距離(具体的には1mm
程度)で両者間の自然電位差即ち電圧を測定し、この測
定値は電解質溶液4や試験片5の材質により極性が反転
することがあるため、その絶対値をとり、AμVとす
る。この状態から測定電極6を試験片5に向かって下降
させ、測定電極6が電気二重層11に達すると、測定電
極6と試験片5の間の測定電圧は図6に示す測定電流と
同様に急上昇する。従って、測定電圧が絶対値Aの12
0〜150%の値になった際に試験片5の表面位置を検
出したと判定し、測定電極6の下降を停止させれば、よ
り正確に試験片5の表面位置を検出することができる。
質溶液4や試験片5の材質により異なるため、表面位置
測定時毎に測定して絶対値Aを設定し直す必要がある。
又、絶対値Aを電流に変換する必要がある場合には、電
解質溶液4の液抵抗で除算すればよい。
電極装置の例について説明したが、この発明方法は電極
を振動させない直流測定法についても適用することがで
きる。
ば、測定電極を金属表面に近づけ、測定電極が金属表面
に形成された電気二重層に達した際の測定電極と金属表
面との間の電流又は電圧の急激な変化により金属の表面
位置を検出し、測定電極を停止させるようにしており、
測定電極を損傷したり、金属表面に余分な電気化学反応
を起こさせたりすることなく、ほぼ正確に金属表面位置
を検出することができる。従って、測定電極と金属表面
とのギャップを正確に設定することができ、走査型振動
電極法の測定分解能を1〜10μm程度に高めることが
できる。又、これにより、微細な結晶粒界を原因とする
腐食現象やピット(孔食の発生時の点状の腐食)の解明
など、走査型振動電極法の応用範囲を拡大することがで
きる。
面との間の電圧がこの間の自然電圧の120〜150%
になったことにより金属表面を検出し、測定電極を停止
させるようにしており、さらに正確に金属の表面位置を
検出することができる。
る。
験片と測定電極のギャップhとの関係の説明図である。
気二重層の帯電粒子の分布図である。
出方法の説明図である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 電解質溶液中で金属表面に所定距離で微
小な測定電極を対向させ、この測定電極を金属表面と平
行に動かすことにより電気化学的作用によって金属表面
に生じる電位の分布を計測する電気化学計測器におい
て、測定電極を金属表面に近づけ、測定電極が金属表面
に形成された電気二重層に達した際に電気二重層から発
せられる電気的信号により金属の表面位置を検出し、測
定電極を停止させることを特徴とする電気化学計測器に
おける金属表面位置検出方法。 - 【請求項2】 測定電極と金属表面が十分に離れた状態
において両者間の自然電圧を測定し、測定電極と金属表
面間の電圧がこの測定値の120〜150%の値になっ
た際に測定電極を停止させることを特徴とする請求項1
記載の電気化学計測器における金属表面位置検出方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP20620494A JP3274772B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 電気化学計測器における金属表面位置検出方法 |
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JP20620494A JP3274772B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 電気化学計測器における金属表面位置検出方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0868777A JPH0868777A (ja) | 1996-03-12 |
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Family
ID=16519511
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20620494A Expired - Lifetime JP3274772B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 電気化学計測器における金属表面位置検出方法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3274772B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7120460B2 (ja) | 2019-06-28 | 2022-08-17 | 日本電気株式会社 | 回路製造方法及び超伝導回路 |
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-
1994
- 1994-08-31 JP JP20620494A patent/JP3274772B2/ja not_active Expired - Lifetime
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