金屬腐蝕與防護(hù)實(shí)驗(yàn)

1、 18 / 18 金屬腐蝕與防護(hù)實(shí)驗(yàn) 編 重慶文理學(xué)院 2013年7月目錄實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)1 腐蝕試樣的制備 電化學(xué)試樣的制備 2實(shí)驗(yàn)2 恒電位法測(cè)定陽(yáng)極極化曲線(xiàn) 3實(shí)驗(yàn) 3塔菲爾直線(xiàn)外推法測(cè)定金屬的腐蝕速度7實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)1腐蝕試樣的制備 電化學(xué)試樣的制備一、 目的 學(xué)會(huì)一種用硅橡膠鑲制電化學(xué)實(shí)驗(yàn)用的金屬試樣的簡(jiǎn)易方法和焊接金屬樣品的方法。二、 材料和藥品 金屬試樣 具有塑料絕緣外套的銅管 塑料套圈 金屬砂紙 電烙鐵 焊油 焊錫絲 玻璃板 硅橡膠 標(biāo)簽紙三、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 金屬樣品將金屬試樣的所有面金屬都用砂紙打磨光亮，用水沖洗干凈后待用。 2 給電烙鐵通電加熱，待電烙鐵尖端呈紅色時(shí)，蘸少許焊油且

2、接觸焊錫絲待焊錫絲熔化后，將帶塑料套圈的銅桿焊在金屬試樣上。3. 將標(biāo)簽紙折疊成規(guī)定形狀待用。 4 取適量硅橡膠，然后把標(biāo)簽紙圈放在光滑的玻璃板上，將金屬試樣放在塑料圈內(nèi)中央部分。5. 把硅橡膠倒入擺好金屬試樣的標(biāo)簽紙圈內(nèi)。6. 24h固化好金屬試樣可以進(jìn)行清洗。四、 注意事項(xiàng) 1 焊接金屬試樣時(shí)，因電烙鐵尖端部位的溫度最高，要用尖端部位進(jìn)行焊接。焊接時(shí)，要先在金屬試樣上焊上點(diǎn)焊錫絲，再將銅桿尖端也焊上些錫絲，然后把2個(gè)錫點(diǎn)進(jìn)行焊接，這樣，即容易焊上又容易焊牢。 2. 不要觸摸電烙鐵及金屬部分，以免燙傷。3. 在密封式樣時(shí)，應(yīng)將金屬試樣和裸露的導(dǎo)線(xiàn)一起，完全密封。 五、 要求 1.每一個(gè)人提交

3、一個(gè)合格的電化學(xué)腐蝕監(jiān)測(cè)試樣。 六、思考 1、試樣焊接之后，為什么要進(jìn)行密封？ 實(shí)驗(yàn)二 金屬極化曲線(xiàn)測(cè)試一、目的要求1、掌握恒電位法測(cè)定陽(yáng)極極化曲線(xiàn)的原理和方法。2、通過(guò)陽(yáng)極極化曲線(xiàn)的測(cè)定，判定實(shí)施陽(yáng)極保護(hù)的可能性，初步選取陽(yáng)極保護(hù)的技術(shù)參數(shù)，了解擊穿電位和保護(hù)電位的意義。3、掌握恒電位儀的使用方法，了解恒電位技術(shù)在腐蝕研究中的重要作用。二、基本原理陽(yáng)極電位和電流的關(guān)系曲線(xiàn)叫做陽(yáng)極極化曲線(xiàn)。為了判定金屬在電解質(zhì)溶液中采取陽(yáng)極保護(hù)的可能性，選擇陽(yáng)極保護(hù)的三個(gè)主要技術(shù)參數(shù)致鈍電流密度、維鈍電流密度和鈍化區(qū)的電位范圍，需要測(cè)定陽(yáng)極極化曲線(xiàn)。E,mVabcdefi,mA/cm2圖1 陽(yáng)極極化曲線(xiàn)有鈍化

4、性能的金屬：abcdef恒電位法測(cè)定；abef恒電流法測(cè)定一般金屬：ax曲線(xiàn)x活化溶解區(qū)鈍化過(guò)渡區(qū)鈍化穩(wěn)定區(qū)過(guò)鈍化區(qū)陽(yáng)極極化曲線(xiàn)可以用恒電位法和恒電流法測(cè)定。圖1是一條較典型的陽(yáng)極極化曲線(xiàn)。一般金屬（鎂合金）的陽(yáng)極極化曲線(xiàn)為ax曲線(xiàn)。對(duì)有鈍化性能的金屬（鋁合金、不銹鋼），曲線(xiàn)abcdef是恒電位法（即維持電位恒定，測(cè)定相應(yīng)的電流值）測(cè)得的陽(yáng)極極化曲線(xiàn)。當(dāng)電位從a逐漸向正移動(dòng)到到b點(diǎn)時(shí)，電流也隨之增加到b點(diǎn)，當(dāng)電位過(guò)b點(diǎn)以后，電流反而急劇減小，這是因?yàn)樵诮饘俦砻嫔仙闪艘粚痈唠娮枘透g的鈍化膜，鈍化開(kāi)始發(fā)生。人為控制電位的增高，電流逐漸衰減到c。在c點(diǎn)之后，電位若繼續(xù)增高，由于金屬完全進(jìn)入了鈍態(tài)

5、，電流維持在一個(gè)基本不變的很小的值維鈍電流。當(dāng)使電位增高到d點(diǎn)以后，金屬進(jìn)入了過(guò)鈍化狀態(tài)，電流又重新增大。從a點(diǎn)到b點(diǎn)的范圍叫活性溶解區(qū)，從b點(diǎn)到c點(diǎn)叫鈍化過(guò)渡區(qū)，從c點(diǎn)到d點(diǎn)叫鈍化穩(wěn)定區(qū)，過(guò)d點(diǎn)以后叫過(guò)鈍化區(qū)。對(duì)應(yīng)于b點(diǎn)的電流密度叫致鈍電流密度，對(duì)應(yīng)于cd段的電流密度叫維鈍電流密度。若把金屬作為陽(yáng)極，通以致鈍電流使之鈍化，再用維鈍電流去保護(hù)其表面的鈍化膜，可使金屬的腐蝕速度大大降低，這就是陽(yáng)極保護(hù)的原理。用恒電流法測(cè)不出上述曲線(xiàn)的bcde段。在金屬受到陽(yáng)極極化時(shí)其表面發(fā)生了復(fù)雜的變化，電極電位成為電流密度的多值函數(shù)，因此當(dāng)電流增加到b點(diǎn)時(shí)，電位即由b點(diǎn)躍增到很正的e點(diǎn)，立即進(jìn)入了過(guò)鈍化狀態(tài)，

6、反映不出金屬進(jìn)入鈍化區(qū)的情況。由此可見(jiàn)只有用恒電位法才能測(cè)出完整的陽(yáng)極極化曲線(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)采用恒電位儀逐點(diǎn)恒定陽(yáng)極電位，同時(shí)測(cè)定對(duì)應(yīng)的電流值，并在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪成E-i曲線(xiàn)，即為恒電位陽(yáng)極極化曲線(xiàn)。三、儀器、藥品及實(shí)驗(yàn)裝置電化學(xué)工作站1臺(tái)電腦1臺(tái)飽和甘汞電極、鉑電極各1支鹽橋(添加飽和氯化鉀溶液)1個(gè)電解池(400毫升)1個(gè)不銹鋼試樣(1020)1個(gè)氯化鈉(3)300毫升丙酮1瓶蒸餾水1000毫升洗瓶1個(gè)電吹風(fēng)1臺(tái)脫脂棉若干金相砂紙（100、200、600）各1張鋼尺1個(gè)四、操作步驟1、把已加工到一定光潔度的試樣用砂紙逐步打磨，測(cè)量尺寸，用丙酮脫脂，吹干。2、按圖2接好測(cè)試線(xiàn)路，檢查各接頭是否正確

7、，鹽橋是否導(dǎo)通。ZF-4電位掃描 Eout信號(hào)發(fā)生器 ZF-3恒電位儀Ein W R AIout ZF-10信號(hào)記錄存儲(chǔ)儀CH1 CH2 CH3 CH4 圖2 恒電位儀測(cè)極化曲線(xiàn)線(xiàn)路圖3、測(cè)量試樣在氯化鈉溶液中的腐蝕電位。4、設(shè)定ZF-10信號(hào)記錄存儲(chǔ)儀，采樣間隔為每秒1個(gè)點(diǎn)，即一分鐘采樣60個(gè)。5、設(shè)定ZF-4電位掃描信號(hào)發(fā)生器，掃描速率1mV/s。6、測(cè)試陽(yáng)極極化曲線(xiàn)測(cè)試，同時(shí)觀察其變化規(guī)律及電極表面的現(xiàn)象。五、數(shù)據(jù)記錄試樣材質(zhì) 尺寸 暴露面積 介質(zhì)成分 介質(zhì)溫度 參比電極 輔助電極 腐蝕電位 時(shí)間電流強(qiáng)度，I電極電位，E現(xiàn)象 六、思考1、測(cè)定陽(yáng)極鈍化曲線(xiàn)為何要用恒電位法？2、影響金屬鈍化

8、過(guò)程的因素有哪些? 實(shí)驗(yàn)三 塔菲爾直線(xiàn)外推法測(cè)定金屬的腐蝕速度一、 目的和要求1. 掌握恒電位法測(cè)定電極極化曲線(xiàn)的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。通過(guò)測(cè)定Fe在NaCl溶液中的極化曲線(xiàn)，求算Fe的自腐蝕電位，自腐蝕電流。2. 討論極化曲線(xiàn)在金屬腐蝕與防護(hù)中的應(yīng)用。二、 基本原理當(dāng)金屬浸于腐蝕介質(zhì)時(shí)，如果金屬的平衡電極電位低于介質(zhì)中去極化劑（如H+或氧分子）的平衡電極電位，則金屬和介質(zhì)構(gòu)成一個(gè)腐蝕體系，稱(chēng)為共軛體系。此時(shí)，金屬發(fā)生陽(yáng)極溶解，去極化劑發(fā)生還原。以金屬鋅在鹽酸體系中為例：陽(yáng)極反應(yīng)： Zn-2e=Zn2+陰極反應(yīng)： H+2e=H2陽(yáng)極反應(yīng)的電流密度以 ia 表示， 陰極反應(yīng)的速度以 ik表示， 當(dāng)體系

9、達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，即金屬處于自腐蝕狀態(tài)時(shí)，ia=ik=icorr（icorr為腐蝕電流），體系不會(huì)有凈的電流積累，體系處于一穩(wěn)定電位。根據(jù)法拉第定律，體系通過(guò)的電流和電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量存在嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，故可陰陽(yáng)極反應(yīng)的電流密度代表陰陽(yáng)極反應(yīng)的腐蝕速度。金屬自腐蝕狀態(tài)的腐蝕電流密度即代表了金屬的腐蝕速度。因此求得金屬腐蝕電流即代表了金屬的腐蝕速度。金屬處于自腐蝕狀態(tài)時(shí)，外測(cè)電流為零。極化電位與極化電流或極化電流密度之間的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為極化曲線(xiàn)。極化曲線(xiàn)在金屬腐蝕研究中有重要的意義。測(cè)量腐蝕體系的陰陽(yáng)極極化曲線(xiàn)可以揭示腐蝕的控制因素及緩蝕劑的作用機(jī)理。在腐蝕點(diǎn)位附近積弱極化區(qū)的舉行集會(huì)測(cè)量可以

10、可以快速求得腐蝕速度。還可以通過(guò)極化曲線(xiàn)的測(cè)量獲得陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)的主要參數(shù)。在活化極化控制下，金屬腐蝕速度的一般方程式為：其中 I為外測(cè)電流密度，ia為金屬陽(yáng)極溶解的速度，ik為去極化劑還原的速度，a、k分別為金屬陽(yáng)極溶解的自然對(duì)數(shù)塔菲爾斜率和去極化劑還原的自然對(duì)數(shù)塔菲爾斜率。若以十為底的對(duì)數(shù)，則表示為ba、bk。這就是腐蝕金屬電極的極化曲線(xiàn)方程式，令E稱(chēng)為腐蝕金屬電極的極化值，E0時(shí)，I0；E0時(shí)，是陽(yáng)極極化，I0,體系通過(guò)陽(yáng)極電流。E0時(shí)，I0， 體系通過(guò)的是陰極電流，此時(shí)是對(duì)腐蝕金屬電極進(jìn)行陰極極化。因此外測(cè)電流密度也稱(chēng)為極化電流密度 測(cè)定腐蝕速度的塔菲爾直線(xiàn)外推法當(dāng)對(duì)電極進(jìn)行陽(yáng)極極

11、化，在強(qiáng)極化區(qū)，陰極分支電流ik=0, 改寫(xiě)為對(duì)數(shù)形式：當(dāng)對(duì)電極進(jìn)行陰極極化，E 0, 在強(qiáng)極化區(qū)，陽(yáng)極分支電流ia=0改寫(xiě)成對(duì)數(shù)形式:強(qiáng)極化區(qū)，極化值與外測(cè)電流滿(mǎn)足塔菲爾關(guān)系式，如果將極化曲線(xiàn)上的塔菲爾區(qū)外推到腐蝕電位處，得到的交點(diǎn)坐標(biāo)就是腐蝕電流。 圖 1 塔菲爾外推法求金屬腐蝕電流的基本原理三、儀器藥品和實(shí)驗(yàn)裝置CHI660A電化學(xué)工作站1臺(tái)；燒杯一個(gè)；飽和甘汞電極（參比電極）1支Pt片電極（輔助電極）1支。45號(hào)鋼（圓柱體）松香石臘分析純氯化鈉蒸餾水銅導(dǎo)線(xiàn)輔助電極極化電解池工作電極參比電極參比電池鹽橋恒電位儀圖2 極化曲線(xiàn)測(cè)量示意圖四、 操作步驟1. 電極處理：用金相砂紙將45號(hào)鋼電極

12、表面打磨平整光亮，測(cè)量試樣的直徑，將45號(hào)鋼試樣和銅導(dǎo)線(xiàn)連接。2. 將松香、石臘融化，用來(lái)封裝表面清洗干凈的試樣（用蒸餾水清洗、酒精去油），電極處理得好壞對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大。3.測(cè)量極化曲線(xiàn)：（1）打開(kāi)CHI660A工作站的窗口。（2）將三電極分別插入電極夾的三個(gè)小孔中，使電極進(jìn)入電解質(zhì)溶液中。將CHI工 作站的綠色夾頭夾Fe電極，紅色夾頭夾Pt片電極，白色夾頭夾參比電極。（3）測(cè)定開(kāi)路電位。點(diǎn)擊“T”（Technique）選中對(duì)話(huà)框中“Open Circuit Potential-Time”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊“”（parameters）選擇參數(shù)，可用儀器默認(rèn)值，點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊“”開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的開(kāi)路電位即為電極的自腐蝕電勢(shì)Ecorr。 （4）開(kāi)路電位穩(wěn)定后，測(cè)電極極化曲線(xiàn)。點(diǎn)擊“T”選中對(duì)話(huà)框中“Tafel”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊“OK”初始電位（Init E）設(shè)為比Ecorr低“-0.5V”，終態(tài)電位（Final E）設(shè)為比E