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 恒電位法測定陽極極化曲線 3實(shí)驗(yàn) 3塔菲爾直線外推法測定金屬的腐蝕速度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 金屬極化曲線測試一、目的要求1、掌握恒電位法測定陽極極化曲線的原理和方法。2、通過陽極極化曲線的測定，判定實(shí)施陽極保護(hù)的可能性，初步選取陽極保護(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、基本原理陽極電位和電流的關(guān)系曲線叫做陽極極化曲線。為了判定金屬在電解質(zhì)溶液中采取陽極保護(hù)的可能性，選擇陽極保護(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，需要測定陽極極化曲線。E,mVabcdefi,mA/cm2圖1 陽極極化曲線有鈍化

4、性能的金屬：abcdef恒電位法測定；abef恒電流法測定一般金屬：ax曲線x活化溶解區(qū)鈍化過渡區(qū)鈍化穩(wěn)定區(qū)過鈍化區(qū)陽極極化曲線可以用恒電位法和恒電流法測定。圖1是一條較典型的陽極極化曲線。一般金屬（鎂合金）的陽極極化曲線為ax曲線。對(duì)有鈍化性能的金屬（鋁合金、不銹鋼），曲線abcdef是恒電位法（即維持電位恒定，測定相應(yīng)的電流值）測得的陽極極化曲線。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)叫鈍化過渡區(qū)，從c點(diǎn)到d點(diǎn)叫鈍化穩(wěn)定區(qū)，過d點(diǎn)以后叫過鈍化區(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，這就是陽極保護(hù)的原理。用恒電流法測不出上述曲線的bcde段。在金屬受到陽極極化時(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。由此可見只有用恒電位法才能測出完整的陽極極化曲線。本實(shí)驗(yàn)采用恒電位儀逐點(diǎn)恒定陽極電位，同時(shí)測定對(duì)應(yīng)的電流值，并在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪成E-i曲線，即為恒電位陽極極化曲線。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，測量尺寸，用丙酮脫脂，吹干。2、按圖2接好測試線路，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 恒電位儀測極化曲線線路圖3、測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、測試陽極極化曲線測試，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、測定陽極鈍化曲線為何要用恒電位法？2、影響金屬鈍化

8、過程的因素有哪些? 實(shí)驗(yàn)三 塔菲爾直線外推法測定金屬的腐蝕速度一、 目的和要求1. 掌握恒電位法測定電極極化曲線的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。通過測定Fe在NaCl溶液中的極化曲線，求算Fe的自腐蝕電位，自腐蝕電流。2. 討論極化曲線在金屬腐蝕與防護(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，稱為共軛體系。此時(shí)，金屬發(fā)生陽極溶解，去極化劑發(fā)生還原。以金屬鋅在鹽酸體系中為例：陽極反應(yīng)： Zn-2e=Zn2+陰極反應(yīng)： H+2e=H2陽極反應(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，故可陰陽極反應(yīng)的電流密度代表陰陽極反應(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)系曲線稱為極化曲線。極化曲線在金屬腐蝕研究中有重要的意義。測量腐蝕體系的陰陽極極化曲線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)測量可以

10、可以快速求得腐蝕速度。還可以通過極化曲線的測量獲得陰極保護(hù)和陽極保護(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為外測電流密度，ia為金屬陽極溶解的速度，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方程式，令E稱為腐蝕金屬電極的極化值，E0時(shí)，I0；E0時(shí)，是陽極極化，I0,體系通過陽極電流。E0時(shí)，I0， 體系通過的是陰極電流，此時(shí)是對(duì)腐蝕金屬電極進(jìn)行陰極極化。因此外測電流密度也稱為極化電流密度 測定腐蝕速度的塔菲爾直線外推法當(dāng)對(duì)電極進(jìn)行陽極極

11、化，在強(qiáng)極化區(qū)，陰極分支電流ik=0, 改寫為對(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)，陽極分支電流ia=0改寫成對(duì)數(shù)形式:強(qiáng)極化區(qū)，極化值與外測電流滿足塔菲爾關(guān)系式，如果將極化曲線上的塔菲爾區(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 極化曲線測量示意圖四、 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，測量試樣的直徑，將45號(hào)鋼試樣和銅導(dǎo)線連接。2. 將松香、石臘融化，用來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)測量結(jié)果影響很大。3.測量極化曲線：（1）打開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）測定開路電位。點(diǎn)擊“T”（Technique）選中對(duì)話框中“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“”開始實(shí)驗(yàn)，測得的開路電位即為電極的自腐蝕電勢(shì)Ecorr。 （4）開路電位穩(wěn)定后，測電極極化曲線。點(diǎn)擊“T”選中對(duì)話框中“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