在液态金属电化学腐蚀测试中，高强度不锈钢坩埚的作用不仅仅是简单的储存。它同时执行两种不同的功能：它充当液态铅铋低共熔（LBE）合金的物理容器，并在电化学电路中充当对电极。
通过将容器和电极功能合并到一个组件中，这种设计消除了对复杂内部电极组件的需求。这大大简化了高温测试，同时确保了更稳定和均匀的电场环境。
双功能设计的机械原理
功能一：物理容器
坩埚最直接的功能是结构性的。它为液态铅铋低共熔（LBE）合金提供了一个坚固的储藏空间。
由于环境涉及高温和液态金属，坩埚由高强度不锈钢制成。这种材料选择确保了容器在热应力和承载重型液态金属的特定物理要求下保持完整性。
功能二：对电极
同时，坩埚壁本身被连接起来作为对电极。在标准的三电极设置中，对电极完成了电路，允许电流在它和工作电极（待测试样品）之间流动。
通过使用导电的不锈钢壁作为该电极，系统利用容器的整个内表面作为一个有源电组件。
为什么这种配置很重要
简化高温装置
在液态金属环境中进行测试通常需要复杂的盖子，带有用于传感器和电极的多个馈通口。
通过将容器变成对电极，研究人员无需将单独的、笨重的电极棒插入熔体中。这简化了电极配置，节省了空间并减少了实验装置中的故障点。
确保均匀的电流分布
对电极的几何形状决定了电流如何流过电解质（液态金属）。
由于坩埚包围着工作电极，它提供了大的表面积。这种几何形状促进了高度均匀的电流分布，从而避免了小型棒状对电极可能出现的电流密度“热点”。
操作注意事项
高强度材料的必要性
虽然双重功能很有效，但它给坩埚材料带来了沉重的负担。它必须在机械上足够坚固以容纳 LBE，同时又足够导电以用作电极。
参考资料特别提到了使用高强度不锈钢。标准钢在 LBE 的组合热应力和化学应力下可能会过快变形或降解，从而损害其容器和电学测试功能。
表面积的影响
均匀电流分布的好处取决于坩埚的尺寸明显大于待测试样品。
如果坩埚的表面积相对于样品来说太小，可能会限制电化学反应。该设计之所以有效，正是因为容器相对于测试样品自然提供了巨大的表面积。
优化您的实验装置
为了最大化这种双功能坩埚设计的优势，请根据您的具体测试目标来调整您的方法：
- 如果您的主要重点是实验的简便性：将坩埚壁用作接地/对电极，以减少测试池盖所需的端口数量，从而最大限度地减少热量泄漏。
- 如果您的主要重点是数据的精确性：依靠坩埚的大表面积来确保均匀的电流密度，这对于获得无噪声的腐蚀速率测量至关重要。
这种方法将一个被动组件变成了一个主动工具，从而为获得准确的高温腐蚀数据铺平了道路。
总结表：
| 特征 | 物理容器功能 | 对电极功能 |
|---|---|---|
| 主要作用 | 液态金属（LBE）的坚固储藏空间 | 完成电化学电路 |
| 材料优势 | 高强度钢抵抗热应力 | 导电壁提供有源表面积 |
| 设计优势 | 简化复杂的高温组件 | 确保均匀的电流分布 |
| 对数据的影响 | 保持结构完整性 | 提供稳定、无噪声的测量 |
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参考文献
- R. Auguste, John R. Scully. A multimodal approach to revisiting oxidation defects in Cr2O3. DOI: 10.1038/s41529-022-00269-7
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
