實(shí)驗(yàn)報(bào)告-極化曲線測(cè)量金屬的腐蝕速度(共6頁(yè))

1、一、目的和要求1、 掌握恒電位法測(cè)定電極極化曲線的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。通過(guò)測(cè)定Fe在NaCl溶液中的極化曲線，求算Fe的自腐蝕電位，自腐蝕電流2、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(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。在本實(shí)驗(yàn)中，鎂合金和鋼分別與0.5mol/L的NaCl溶液構(gòu)成腐蝕體系。 鎂合金與NaCl溶液構(gòu)成腐蝕體系的電化學(xué)反應(yīng)式為：陽(yáng)極： Mg= Mg 2+2e 陰極： 2H2O+2e=H2+2OH-鋼與NaCl溶液構(gòu)成腐蝕體系的電化學(xué)

2、反應(yīng)式為：陽(yáng)極： Fe= Fe 2+2e 陰極： 2H2O+2e=H2+2OH-腐蝕體系進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)的陽(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，即在電解過(guò)程中，陰極上還原物質(zhì)析出的量與所通過(guò)的電流強(qiáng)度和通電時(shí)間成正比，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

3、化電流密度之間的關(guān)系曲線稱(chēng)為極化曲線。測(cè)量腐蝕體系的陰陽(yáng)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(cè)量可以可以快速求得腐蝕速度。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。令E稱(chēng)為腐蝕金屬電極的極化值，E0時(shí)，I0；E>0時(shí)，是陽(yáng)極極化，I>0,體系通過(guò)陽(yáng)極電流。E<0時(shí)，I<0， 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

4、 測(cè)定腐蝕速度的塔菲爾直線外推法：當(dāng)對(duì)電極進(jìn)行陽(yáng)極極化，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；鎂合金（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

5、化曲線測(cè)量示意圖四、操作步驟1. 電極處理：用金相砂紙將鎂合金電極表面打磨平整光亮，測(cè)量試樣的直徑，將45號(hào)鋼試樣和銅導(dǎo)線連接。2.將松香、石臘融化，把試樣封裝在塑料圓筒里，只露出樣品表面。測(cè)試前用蒸餾水清洗、酒精清洗樣品表面。3.測(cè)量極化曲線：（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鎂電極，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)話框中“Open Circuit Potential-Time”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊“”（parameter

6、s）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。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Ecorr高“1.25V”，掃描速率（Scan Rate）設(shè)為“0.001V/s”靈敏度（sensivitivty）設(shè)為“自動(dòng)”，其它可用儀器默認(rèn)值，極化曲線自動(dòng)畫(huà)出。（5）自腐蝕電流的擬合，打開(kāi)CHI660A的控制軟件，利用自帶的軟件求得自腐蝕電流密度4. 實(shí)驗(yàn)完畢，清洗電極、電解池，將儀器恢復(fù)原位，

7、桌面擦拭干凈。五、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及其分析我組選擇鋁合金作為試驗(yàn)樣品。1、鎂電極進(jìn)入0.5mol/L的NaCl溶液中，鎂電極有氣泡析出。這是因?yàn)殒V合金與NaCl溶液構(gòu)成腐蝕體系，其電化學(xué)反應(yīng)式為：陽(yáng)極： Mg= Mg 2+2e陰極： 2H2O+2e=H2+2OH-即氣體是鎂電極吸氫自腐蝕時(shí)析出的氫氣。2、當(dāng)恒電位儀的電位低于鎂的自腐蝕電位對(duì)鎂電極進(jìn)行陰極極化時(shí)，鎂電極表面及鉑輔助電極均有氫氣析出，隨著外加電位變正，析氫的速度變緩；同時(shí)鎂電極表面生成一層氧化膜。3、當(dāng)恒電位儀的電位高于鎂的自腐蝕電位對(duì)鎂電極進(jìn)行陽(yáng)極極化時(shí)，鎂表面的氧化膜慢慢破壞；鎂電極表面及鉑輔助電極均有氫氣析出，且隨著外加電位變正，析

8、氫的速度加快，即鎂合金腐蝕的負(fù)差數(shù)效應(yīng)及“陽(yáng)極析氫”現(xiàn)象。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析1、鎂合金電極的開(kāi)路電位-時(shí)間圖像與塔菲爾圖如下：圖3：鎂合金電極的開(kāi)路電位-時(shí)間圖像圖2：鎂合金電極的塔菲爾圖圖1：鋼電極的開(kāi)路電位-時(shí)間圖像圖4：鎂合金電極的塔菲爾圖由圖像可知：鎂合金的自腐蝕電位為Ecorr=-1.594V，自腐蝕電流密度Icorr=e-4.1=0.0166A。2、45號(hào)鋼電極的開(kāi)路電位-時(shí)間圖像與塔菲爾圖如下：圖5：鋼電極的開(kāi)路電位-時(shí)間圖像圖6：鋼電極的塔菲爾圖由圖像可知：45號(hào)的自腐蝕電位為Ecorr=-0.547V，自腐蝕電流密度Icorr=e-4.3=0.0136A。3、比較得知，鋼的自腐蝕電位比鎂合金正的多，這與鎂比鐵活性強(qiáng)這一性質(zhì)相吻合；沒(méi)得自腐蝕速度比鋼快。七、思考與討論（1）解釋平衡電極電位、自腐蝕電位有何不同。答：平衡電極電位是指腐蝕電池開(kāi)路時(shí)未發(fā)生極化時(shí)的陰極反應(yīng)和陽(yáng)極反應(yīng)的平衡電位；而自腐蝕電位腐蝕體系的混合電位，由同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)電極過(guò)程共同決定，是不可逆的非