極化曲線測金屬腐蝕速度

1、極化曲線對金屬腐蝕特性的研究一、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驗技術(shù)；2、通過測定316L不銹鋼和2250(850C熱處理)不銹鋼在3.5%NaC1溶液中的極化曲線，測出不銹鋼的自腐蝕電位，比較不銹鋼在腐蝕溶液中的腐蝕特性；3、掌握極化曲線對金屬腐蝕特性的分析方法。二、基本原理當(dāng)金屬浸于腐蝕介質(zhì)時，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)成一個腐蝕體系，稱為共軛體系。此時，金屬發(fā)生陽極溶解，去極化劑發(fā)生還原。在本實驗中，不銹鋼與NaCl溶液構(gòu)成腐蝕體系。鋼與NaC1溶液構(gòu)成腐蝕體系的電化學(xué)反應(yīng)式為：陽極：Fe=Fe2+2e陰

2、極：2H2O+2e=H2+2OH-腐蝕體系進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時的陽極反應(yīng)的電流密度以ia表示，陰極反應(yīng)的a速度以ik表示，當(dāng)體系達(dá)到穩(wěn)定時，即金屬處于自腐蝕狀態(tài)時，ia=ik=icorr(icorrkakcorrcorr為腐蝕電流)，體系不會有凈的電流積累，體系處于一穩(wěn)定電位申。根據(jù)法拉第c定律，即在電解過程中，陰極上還原物質(zhì)析出的量與所通過的電流強(qiáng)度和通電時間成正比，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，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

3、極化曲線。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。在腐蝕點位附近積弱極化區(qū)的舉行集會測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：I二i-i二iexp(-c)-exp(_)akcorrppak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，Ba、Bk分別為金屬陽極溶解的自然對數(shù)塔菲爾斜率和去極化劑還原的自然對數(shù)塔菲爾斜率。這就是腐蝕金屬電極的極化曲線方程式，令A(yù)E=Q-Qc令A(yù)E稱為腐蝕金屬電極的極化值，AE=0時，I=0；AE0時，是陽極極化，I0,體系通過陽極電流。AE0時，Iv0,體系通過的是陰極電流，

4、此時是對腐蝕金屬電極進(jìn)行陰極極化。因此外測電流密度也稱為極化電流密度AE-AEI二iexp(-)-exp(-)corrppak測定腐蝕速度的塔菲爾直線外推法：當(dāng)對電極進(jìn)行陽極極化，在強(qiáng)極化區(qū)，陰極分支電流ik=0,I二i二iexp()acorrj3a改寫為對數(shù)形式：AE=BIn=blgaiaicorrcorr當(dāng)對電極進(jìn)行陰極極化，E0,在強(qiáng)極化區(qū)，陽極分支電流ia=0改寫成對數(shù)形式：丁(AE、I-1exp(、corrBkI-AE-BIn-blg7kikicorrcorr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，得到的交點坐標(biāo)就是腐蝕電流。圖2-1塔

5、菲爾推法求金屬腐蝕電流的基本原理三、儀器藥品和實驗裝置PS268型電化學(xué)測量儀、316L不銹鋼試樣、2250（850C熱處理）不銹鋼試樣、五口瓶、飽和甘汞電極；輔助電極為鉑電極、配置的3.5%氯化鈉溶液，銅導(dǎo)線，松香；石臘；如圖所示：圖3-1PS-268A電化學(xué)測量儀圖3-2五口瓶四、實驗步驟1、試樣的制備采用線切割機(jī)將樣品切割成尺寸為11mmXllmmXIOmm的電化學(xué)腐蝕實驗用樣品，對樣品的待腐蝕面進(jìn)行研磨拋光處理。將樣品用銅導(dǎo)線纏繞，用鑲樣機(jī)鑲嵌絕緣膠包裹樣品，留下拋光面；測得兩種不銹鋼的腐蝕面積分別為1.049cm2、1.58cm2；然后待絕緣膠干后將樣品于待腐蝕的溶液中浸泡0.5h。

6、2、腐蝕溶液的配制配置3.5%的NaCl溶液，溶劑體積均為1000ml，則NaCl固體質(zhì)量：3.5%NaCl：用天平稱取固體NaCl質(zhì)量x,則=3.5%即x=36.2gx+10003、試樣極化曲線測量將待測合金作為工作電極，置于三電極體系電解液中。工作電極為不銹鋼試樣，輔助電極為鉑片,參比電極為飽和甘汞電極；采用PS268型電化學(xué)測量儀測量樣在3.5%NaCl溶液的電化學(xué)腐蝕Tafel曲線。起始掃描電位為自腐蝕電位-900mV,終止電位-350mV,電位掃描速度60mV/min；PS268操作使用方法如下：文件一簡單試驗一自腐蝕電位跟蹤一極化曲線測量一試驗一試驗信息一彈出自定義試驗指導(dǎo)按照圖3

7、-1操作如下:圖3-1自定義試驗指導(dǎo)圖1）輸入數(shù)據(jù)文件；2）輸入電極面積：3）控制方式，選控電位；4）延時600s；5）波形選擇，單方向選鋸齒波；6）采樣1s；7）選擇起始電位-900mV；8）輸入掃描速率60mV/min；9）選擇終極電位-350mV終止條件；10）選指定電位極化電位參考，選標(biāo)準(zhǔn)氫電極;11）確定極化周期；12）按開始試驗；13）由電腦輸出數(shù)據(jù)，用Origin軟件進(jìn)行曲線擬合五、實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)處理)Vm(600-316L不銹鋼2205（850C）不銹鋼400-2205(850C)產(chǎn)361L00-200400七-5-4-3-2-1012logi（mA/cm2）圖5-1361L不

8、銹鋼和2205（850C）不銹鋼極化曲線對比圖如圖5-1為361L不銹鋼和2205（850C熱處理）不銹鋼極化曲線對比圖，從圖中可以看出兩種不銹鋼的自腐蝕電位分別為-198.6mV和-268.8mV,明顯看出316L不銹鋼的自腐蝕電位大于2205（850C）不銹鋼，說明在相同腐蝕環(huán)境下,316L不銹鋼的腐蝕傾向比2205（850C）不銹鋼小，耐腐蝕性能較好，原因分析：（1）由于兩種不銹鋼材料合金元素成分不同，從而導(dǎo)致耐腐蝕性能的差異；(2)熱處理工藝導(dǎo)致2205(850C)不銹鋼組織結(jié)構(gòu)與316L不銹鋼的的差異，從而造成耐腐蝕性能的差異性；六、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路時未發(fā)生極化時的陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)的平衡電位；而自腐蝕電位腐蝕體系的混合電位，由同時發(fā)生的兩個電極過程共同決定，是不可逆的非平衡電位。(2)自腐蝕電位的大小能否反映金屬的腐蝕速度？答：自腐蝕電位是熱力學(xué)概念，是其發(fā)生腐蝕反應(yīng)熱