實(shí)驗(yàn)一電偶腐蝕

1、實(shí)驗(yàn)一、電偶腐蝕試驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)失重法和電位、電流測(cè)量實(shí)驗(yàn)，了解電偶的形成與單一金屬腐蝕速率、耦合電位等參數(shù)的相互關(guān)系，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)了解電偶腐蝕的特點(diǎn)、腐蝕介質(zhì)、電位差、面積比等因素對(duì)電偶腐蝕的影響規(guī)律，并總結(jié)出相對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施。穿插進(jìn)行伊文斯鹽水滴試驗(yàn)，觀察氧濃差腐蝕原電池的陰、陽(yáng)極反應(yīng)以及陰、陽(yáng)極區(qū)的劃分。試驗(yàn)原理： 電偶腐蝕：當(dāng)一種不太活潑的金屬(陰極)和一種比較活潑的金屬(陽(yáng)極)在電解質(zhì)溶液中接觸時(shí)，因構(gòu)成腐蝕原電池而引發(fā)電流，從而造成（主要是陽(yáng)極金屬）電偶腐蝕。電偶腐蝕也稱雙金屬腐蝕或金屬接觸腐蝕。電偶腐蝕首先取決于異種金屬之間的電極電位差。這一電位指的是兩種金屬分別在電解質(zhì)溶液(

2、腐蝕介質(zhì))中的實(shí)際電位。通常在手冊(cè)、資料中能找到的是各種金屬、合金在特定的介質(zhì)中按腐蝕電位高低排列的電位順序表，稱作電偶序。在其它條件不變的情況下，它們之間的電位差愈大，腐蝕初始驅(qū)動(dòng)力愈大。影響電偶腐蝕的因素還有介質(zhì)導(dǎo)電性、極化性及面積比。面積比是指陰、陽(yáng)極面積比，比值愈大，即大陰極小陽(yáng)極組成的電偶，其陽(yáng)極腐蝕電流密度愈大，腐蝕愈嚴(yán)重。在腐蝕電偶的陽(yáng)極區(qū)有涂層時(shí)也會(huì)出現(xiàn)大陰極小陽(yáng)極的情況，結(jié)果造成極嚴(yán)重的局部腐蝕而迅速穿孔。對(duì)于耦合電流的測(cè)定，可以采用零歐姆計(jì)直接測(cè)定耦合電流，主要就是在測(cè)定耦合電流時(shí)，不引入耦合電阻，使得測(cè)定結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定時(shí)如果沒(méi)有零歐姆計(jì)，可以采用萬(wàn)用表

3、或者直流電流表直接測(cè)定，也可以采用外加標(biāo)準(zhǔn)電阻測(cè)定電位差的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要注意的是外加標(biāo)準(zhǔn)電阻越小測(cè)定準(zhǔn)確度就越高，一般采用0.05歐姆或者更小的外加電阻，最后換算成耦合電流即可。常用的腐蝕評(píng)定方法：1. 失重法 由于腐蝕作用，材料的重量會(huì)發(fā)生系統(tǒng)變化，此即重量法測(cè)定材料抗蝕能力的理論基礎(chǔ)。雖然近年來(lái)發(fā)展了許多新的腐蝕研究方法，但重量法仍然是最基本的定量評(píng)定腐蝕的方法，并已被廣泛應(yīng)用。重量法簡(jiǎn)單而直觀，適用于實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。失重法是一種筒單而直接的方法；它不要求腐蝕產(chǎn)物牢固附著在材料表面，也不考慮腐蝕產(chǎn)物的可溶牲，因?yàn)樵囼?yàn)結(jié)束后必須從試樣上請(qǐng)除全部腐蝕產(chǎn)物。失重法直接表示由于腐蝕而損失的材

4、料重量，不經(jīng)過(guò)腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)組成分析和換算。這些優(yōu)點(diǎn)使失重法得到廣泛的應(yīng)用。失重法試驗(yàn)過(guò)程為：對(duì)預(yù)先制備的試樣測(cè)量尺寸、經(jīng)準(zhǔn)確稱重后置于腐蝕介質(zhì)中，試驗(yàn)金屬結(jié)束后取出，清除全部腐蝕產(chǎn)物后清洗、干燥、再稱重。試樣的失重直接表征材料的腐蝕程度。在暴露試驗(yàn)前后與試驗(yàn)過(guò)程中，以及在清除腐蝕產(chǎn)物前后，必須仔細(xì)觀察并記錄材料表面和介質(zhì)中的各種變化。1.1 重量法測(cè)定腐蝕速率結(jié)果評(píng)定重量法是根據(jù)試樣在腐蝕前后的重量變化來(lái)測(cè)定腐蝕速度的。為方便各次不同試驗(yàn)及不同試樣的數(shù)據(jù)能夠互相比較，通常采用單位時(shí)間內(nèi)單位面積上的重量變化表征平均腐蝕速度（g·m-2·h-1）。從腐蝕試驗(yàn)前后的試樣重量差計(jì)

5、算腐蝕速度v(g·m-2·h-1)。公式如下：失重速度 式中：A 試樣面積，m2； t 試驗(yàn)周期，h； W0 試樣原始重量，g； W2試驗(yàn)后含與不含腐蝕產(chǎn)物的試樣重量，g； W3 清除腐蝕產(chǎn)物時(shí)同樣尺寸同種材料空白試樣的校正失重，g；1.2 重量法測(cè)定腐蝕速率時(shí)腐蝕產(chǎn)物清除方法為了取得準(zhǔn)確得失重法實(shí)驗(yàn)結(jié)果，必須清除試樣表面的腐蝕產(chǎn)物，但又不損傷金屬基材本身。實(shí)際上完全不損傷基材是不可能的，只要求損傷對(duì)腐蝕結(jié)果無(wú)明顯影響即可。對(duì)于不同金屬材料和不同腐蝕產(chǎn)物應(yīng)采用不同的清除腐蝕產(chǎn)物的方法。一般有機(jī)械法、化學(xué)法和電解法三種。1) . 機(jī)械法 一般先用自來(lái)水沖洗，并用橡皮或硬毛刷擦

6、洗，或用木制刮刀、塑料刮刀刮擦。對(duì)絕大部分疏松腐蝕產(chǎn)物用此法已可清除干凈。但要完全清除掉腐蝕產(chǎn)物以精確測(cè)試或檢查局部腐蝕狀況時(shí)，尚需進(jìn)一步采用化學(xué)法或電化學(xué)法。2). 化學(xué)法 選擇適宜的化學(xué)溶液及操作條件通過(guò)溶解除去試樣表面的腐蝕產(chǎn)物的方法。為了保護(hù)金屬基體，在化學(xué)清除的溶液中往往需要加入緩蝕劑。表10-11列出一些常用的清除腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)方法。這些方法并不復(fù)雜，但在使用時(shí)有可能損傷基材，造成試驗(yàn)誤差。為此，應(yīng)在清除工作的同時(shí)，將未經(jīng)腐蝕的相同尺寸的同種材料作空白試樣在相同條件下清洗處理，求其失量，然后在實(shí)際試樣的失重中減去此數(shù)，以取得比較真實(shí)的試樣失重量。表1-1 針對(duì)不同材質(zhì)清除腐蝕產(chǎn)物的

7、化學(xué)方法材料溶液時(shí)間，min溫度備注鋁合金70%HNO323室溫隨后輕輕擦洗20%CrO3，5%H3PO4107985 oC用于氧化膜不溶解于硝酸的情況銅及其合金1520%HCl23室溫隨后輕輕擦洗510%H2SO423室溫隨后輕輕擦洗鋁及其合金10%醋酸10沸騰隨后輕輕擦洗，除PbO5%醋酸銨熱隨后輕輕擦洗，除PbO80g/LNaOH，50g/L甘露糖醇，0.62g/L硫酸肼30或至清除為止沸騰隨后輕輕擦洗鐵和鋼20% NaOH，20g/L鋅粉5沸騰濃鹽酸，50g/LSnCl2+ 20g/LSbCl325或至清除為止冷攪拌溶液10%或20%HNO32060oC用于不銹鋼，需避免氯化物的污染含

8、有0.15%有機(jī)緩蝕劑的15%的濃H3PO4清除為止室溫可去除氧化條件下鋼表面上形成的氧化皮鎂及其合金15%CrO3，1%AgCrO415沸騰鎳及其合金1520%HCl清除為止室溫10%H2SO4清除為止室溫錫及其合金15%的Na3PO410沸騰隨后輕輕擦洗鋅先用10%NH4Cl，然后用15%CrO3，1%AgCrO4520s室溫沸騰隨后輕輕擦洗飽和醋酸銨清除為止室溫隨后輕輕擦洗100g/L NaCN15室溫3) . 電化學(xué)法 選擇適當(dāng)?shù)年?yáng)極和電解質(zhì)，以試樣為陰極，外加直流電的電解方法。電解時(shí)陰極產(chǎn)生氫氣，在氫氣泡的機(jī)械作用下，使腐蝕產(chǎn)物剝離，殘留的疏松物質(zhì)可用機(jī)械法沖刷除凈。此法效果較好，空

9、白試樣失重小。適用于碳鋼和許多金屬材料的兩種電解操作條件示例如下：電解液為5%H2SO4，陽(yáng)極為碳棒，陰極為試樣，陰極電流密度為20A/dm2，加入有機(jī)緩蝕劑(如若丁)，2ml/L，溫度75oC，暴露時(shí)間為3min。實(shí)驗(yàn)用品：導(dǎo)線，開(kāi)關(guān)，0.05歐姆標(biāo)準(zhǔn)電阻，燒杯，萬(wàn)用表，232型飽和甘汞參比電極，鹽橋，自制參比電極。鋅-碳鋼（面積比1：1），鋅-碳鋼（面積比1：5）；銅-鋅，以及游標(biāo)卡尺。KQ-100型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）HWL-1型恒電位/恒電流儀（山東電訊七廠有限責(zé)任公司）自制實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)容器實(shí)驗(yàn)用腐蝕介質(zhì)：普通海水、酸化海水pH=34實(shí)驗(yàn)方法：1 失重法不同面積比耦合以

10、及單獨(dú)存在條件下的腐蝕失重2 電位、電流測(cè)定耦合電位和耦合電流，開(kāi)路電位實(shí)驗(yàn)步驟：1 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求的表面積，以純鋅片為基準(zhǔn)面積將純鋅、普通碳鋼試片按照1：5（1片）和1：1（各2片）的面積比切割，并除去表面的油污和銹跡；2 以純鋅片為基準(zhǔn)面積將純鋅、銅試片按照1：1的面積比切割各自2片，3 選取面積比為1：1：1的鋅、碳鋼、銅各1片將表面氧化物用砂紙分別打磨除銹、堿液除油、自來(lái)水清洗、乙醇清洗晾干，干燥稱重后，分別安置在裝有天然海水容器中；以自制Ag/AgX電極為參比電極，開(kāi)始間隔3分鐘測(cè)定并記錄一次各自的開(kāi)路電位；測(cè)定4次后，間隔10分鐘測(cè)定一次開(kāi)路電位，實(shí)驗(yàn)一小時(shí)，將試片取出用自來(lái)水沖洗干

11、凈，濾紙擦干、吹風(fēng)機(jī)風(fēng)干后分別稱重。記錄表格見(jiàn)表1-3 Cu Zn 海 水 50m標(biāo)準(zhǔn)電阻 圖1-1 實(shí)驗(yàn)連接示意圖4 將潔凈并預(yù)先分別稱重的面積比為1：1和1：5的純鋅和普通碳鋼試片以及面積比為1：1的銅-鋅試片，按照?qǐng)D1-1所示方法連接好，電阻阻值選取0.05歐姆，間隔10分鐘測(cè)定一次各自試片附近的電位，以及電阻兩端的電位差（注意，電位測(cè)定表頭的量程以及參比電極的測(cè)定位置選?。?，測(cè)定天然海水中的變化，測(cè)定1小時(shí)。5 一小時(shí)后拆開(kāi)連接并將試片用自來(lái)水沖洗干凈，濾紙擦干、吹風(fēng)機(jī)風(fēng)干后分別稱量重量。6 將使用過(guò)的試片、儀表、測(cè)試表頭等按照要求放置在固定位置。數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果處理分別記錄上述各實(shí)驗(yàn)現(xiàn)

12、象，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理分析產(chǎn)生現(xiàn)象的原因。表1-2 面積比為1:1:1的純鋅、碳鋼、銅分別放置于海水中1個(gè)小時(shí)前后的重量W0W1純鋅碳鋼銅表1-3 面積比為1:1:1的純鋅、碳鋼、銅分別放置于海水中1個(gè)小時(shí)開(kāi)路電位變化1 min4 min7 min10min20min30min40min50min60min鋅碳鋼銅表1-4不同面積比電偶形成在海水中浸泡1小時(shí)質(zhì)量和電阻兩端的電位變化 電位試樣10min20min30min40min50min60min實(shí)驗(yàn)前質(zhì)量實(shí)驗(yàn)結(jié)束后質(zhì)量鋅1:碳鋼5鋅1:碳鋼1鋅1:銅1表1-3 不同面積比純鋅、碳鋼、銅分別放置于海水中1個(gè)小時(shí)耦合電位變化 電位試樣時(shí)間樣品1

13、min4 min7min10min20min30min40min50min60min鋅1:碳鋼5ZnFe鋅1:碳鋼1ZnFe鋅1:銅1ZnCu分析與討論1、 重量法的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和適用范圍。2、 電偶腐蝕有什么特點(diǎn)？電位差、面積比等因素對(duì)電偶腐蝕的影響規(guī)律？3、 怎樣預(yù)防電偶腐蝕？4、 為什么選用測(cè)定電流的標(biāo)準(zhǔn)電阻需要小于50m?這個(gè)電阻的大小對(duì)最終測(cè)定的電流效率有何影響？附錄：伊文思鹽水滴試驗(yàn)伊文斯鹽水滴試驗(yàn)可以用來(lái)區(qū)分鋼鐵表面腐蝕的陰、陽(yáng)極區(qū)。將一滴加有酚酞和鐵氰化鉀（K3Fe(CN)6）指示劑的食鹽水3.5 wt% 滴在干凈的鐵表面，從其顏色的變化可以觀察到腐蝕的進(jìn)行及陰、陽(yáng)極區(qū)。在缺氧的

14、中心區(qū)，發(fā)生如下陽(yáng)極反應(yīng)： 2Fe - 4e ® Fe2+在鹽水滴外緣，由于氧的濃度較大，發(fā)生如下陰極過(guò)程： O2 + H2O + 4e ® 4OH-這個(gè)試驗(yàn)一方面說(shuō)明了陰陽(yáng)極反應(yīng)的相對(duì)部位，另一方面指出，由于氧濃差所引起的電化學(xué)不均勻性，導(dǎo)致了鐵的局部腐蝕?？梢愿鶕?jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間間隔穿插進(jìn)行伊文思鹽水滴試驗(yàn)將一滴加有酚酞和鐵氰化鉀（K3Fe(CN)6）指示劑的3.5%食鹽水，滴在干凈的鐵試片表面，觀察腐蝕的進(jìn)行及陰、陽(yáng)極區(qū)各自的現(xiàn)象并給予合理的解釋。實(shí)驗(yàn)一 電偶腐蝕實(shí)驗(yàn)的時(shí)間分配及其實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論表2-1 實(shí)驗(yàn)時(shí)間分配階段時(shí)間段min累計(jì)min備注集體講解2525試樣剪切

15、預(yù)處理4065第一階段實(shí)驗(yàn)60125拆裝及后處理15140第二階段試驗(yàn)60200拆裝及其后處理15215實(shí)驗(yàn)結(jié)束善后20235實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論電阻阻值校正結(jié)果為：51.3m表2-2 實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量變化質(zhì)量/mg碳鋼鋅腐蝕前10.76930.7174腐蝕后10.76890.7169失重0.00040.0005失重速率/g/m2h0.29410.3676表2-3 碳鋼-鋅面積比為1：1時(shí)分別放在海水中的開(kāi)路電位 電位（v）時(shí)間碳鋼鋅0min-0.5426-1.065910min-0.5982-1.089120min-0.6162-1.091130min-0.6263-1.094640min-0.634

16、9-1.095650min-0.6259-1.094560min-0.6338-1.0888表2-4 實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量變化質(zhì)量/g碳鋼鋅腐蝕前10.16370.5295腐蝕后10.16370.5283失重00.0012失重速率/g/m2h00.8824 表2-5 碳鋼-鋅面積比為1：1時(shí)電偶腐蝕的電位 電位（v） 時(shí)間碳鋼鋅電阻兩端電位0min-1.0549-1.05010.14mv10min-1.0505-1.07100.13mv20min-1.0515-1.07120.10mv30min-1.0575-1.07131.13mv40min-1.0677-1.06790.07mv50min-1.0

17、621-1.06010.07mv60min-1.0478-1.05210.06mv電流效率=m/m0×100%=50.76%表2-6 實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量變化質(zhì)量/mg銅鋅腐蝕前2.09160.3151腐蝕后2.09150.3149失重0.00010.0002失重速率/g/m2h0.20830.4167表2-7 銅-鋅面積比為1：1時(shí)分別放在海水中的開(kāi)路電位 電位（v）時(shí)間銅鋅0min-0.2108-1.043110min-0.2327-1.092520min-0.2229-1.091930min-0.2189-1.094340min-0.2223-1.086050min-0.2863-1.

18、086860min-0.2470-1.0871表2-8 實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量變化質(zhì)量/g銅鋅腐蝕前2.25380.2691腐蝕后2.25380.2684失重00.0007失重速率/g/m2h01.4583表2-9 銅-鋅面積比為1：1時(shí)電偶腐蝕的電位 電位（v）時(shí)間銅鋅電阻兩端電位0min-1.0549-1.00370.07mv10min-1.0666-1.07270.06mv20min-0.8666-0.89890.05mv30min-1.0609-0.53210.05mv40min-1.0295-1.05110.05mv50min-0.3665-1.03500.04mv60min-0.7367-0

19、.76760.04mv電流效率=m/m0×100%=59.22%表2-10 實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量變化質(zhì)量/g碳鋼鋅腐蝕前10.97600.1741腐蝕后10.97560.1739失重0.00040.0002失重速率/g/m2h0.29410.7353表2-11 碳鋼-鋅面積比為5：1時(shí)分別放在海水中的開(kāi)路電位 電位（v）時(shí)間碳鋼鋅0min-0.5391-1.047610min-0.5800-1.088120min-0.5998-1.096030min-0.6019-1.093740min-0.6047-1.091250min-0.6062-1.089660min-0.66120-1.08446表2-12 實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量變化質(zhì)量/g碳鋼鋅腐蝕前10.12620.1529腐蝕后10.12620.1510失重00.0019失重速率/g/m2h06.9853表2-13 碳鋼-鋅面積比為5：1時(shí)電偶腐蝕的電位 電位（v）時(shí)間碳鋼鋅電阻兩端電位0min-1.0184-1.01960.18mv10min-1.0450-1.04070.