實(shí)驗(yàn) 金屬腐蝕速度的測量分析

1、金屬腐蝕速度的測量分析一、金屬腐蝕速度的測量方法 1、重量法重量法是根據(jù)腐蝕前后試件質(zhì)量的變化來測定金屬腐蝕速度的，分為失重法和增重法兩種。當(dāng)金屬表面上的腐蝕產(chǎn)物容易除凈且不至于損壞金屬本體時(shí)常用失重法；當(dāng)腐蝕產(chǎn)物完全牢靠地附著在試件表面時(shí)，則采用增重法。對于失重法可由下式計(jì)算腐蝕速度： 式中 V失金屬的腐蝕速度，g·m-2·h-1； m0試件腐蝕前的質(zhì)量，g； m1試件腐蝕后的質(zhì)量，g； S試件的面積，m2； t試件腐蝕時(shí)間，h。對于增重法，即當(dāng)金屬表面的腐蝕產(chǎn)物全部附著在上面，或者腐蝕產(chǎn)物脫落下來可以全部收集起來時(shí)，可用下式計(jì)算腐蝕速度：式中 V增金屬的腐蝕速度，g&#

2、183;m-2·h-1； m2帶有腐蝕產(chǎn)物的試件質(zhì)量，g； 對于密度相同的金屬，可以用上述方法比較其耐腐蝕性能，對于密度不同的金屬，盡管單位表面上的質(zhì)量變化相同，其腐蝕深度卻不一樣，對此，應(yīng)用腐蝕深度來表示更為合適。應(yīng)當(dāng)指出，重量法也有其局限和不足。首先，它只考慮均勻腐蝕的情況，而沒有考慮局部腐蝕的情況。其次，對于失重法很難將腐蝕產(chǎn)物完全除去，如果用重量法測定其腐蝕速度，肯定不能說明實(shí)際情況。另外，失重法的實(shí)驗(yàn)周期較長，短則幾小時(shí)，多則數(shù)年乃至數(shù)十年，對于重量法要想做出腐蝕速度(V增)時(shí)間（t）曲線需要大量的樣品和冗長的時(shí)間。2、容量法對于伴隨析氫或吸氧的腐蝕過程，通過測定一定時(shí)間內(nèi)

3、的析氫量或吸氧量來計(jì)算金屬的腐蝕速度的方法即為容量法。 許多金屬在酸性溶液中，某些電負(fù)性較強(qiáng)的金屬在中性甚至于堿性溶液中都會(huì)發(fā)生氫去極化作用而遭到腐蝕，其中： 陽極過程 MMn+ne 陰極過程 nH+ +ne(n/2)H2 在陽極上金屬不斷失去電子而溶解的同時(shí)，溶液中的氫離子與陰極上過剩的電子結(jié)合而析出氫氣。金屬溶解的量和析氫出的量相當(dāng)。即有一克當(dāng)量的金屬溶解，就有一克當(dāng)量的氫析出。由實(shí)驗(yàn)測出一定時(shí)間內(nèi)的析氫體積VH（毫升），由氣壓計(jì)讀出大氣壓力P（毫米汞柱）和用溫度計(jì)讀出室溫，并查出該室溫下的飽和水蒸氣的壓力PH2O（毫米汞柱）。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程式：PV=NRT，可以計(jì)算出所析出氫氣的摩

4、爾數(shù)： 為了得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，還應(yīng)考慮到氫在該實(shí)驗(yàn)介質(zhì)中的溶解量VH，即由表查出室溫下氫在該介質(zhì)中的溶解度（cm3 /cm3 ），（可用氫在水中的溶解量近似計(jì)算，并略去氫在量氣管的水中的溶解量）乘以該介質(zhì)的體積（cm3 ）。則金屬的腐蝕速度：式中 N金屬的氧化還原當(dāng)量，g； S金屬的暴露面積，m 2； t金屬腐蝕的時(shí)間，h； R氣體狀態(tài)常數(shù)62.36ml·毫米汞柱×103/摩爾·度。3、極化曲線法當(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

5、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)

6、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。若以十為底的對數(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；E>0時(shí)，是陽極極化，I

7、>0,體系通過陽極電流。E<0時(shí)，I<0， 體系通過的是陰極電流，此時(shí)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：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：改寫為對數(shù)形式：當(dāng)對電極進(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二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄選擇材料為45鋼，腐蝕溶液為3.5%NaCl溶液。（1

8、）腐蝕前：試樣尺寸（mm）重量（g）高度（mm）腐蝕前20.1431.8010.90（2）腐蝕中：實(shí)驗(yàn)過程中試樣反應(yīng)速度很緩慢，基本上無變化，腐蝕過程數(shù)據(jù)記錄如下：初始(ml)10min20min30min1h2h94.594.494.394.193.793.6（3）腐蝕后：試樣尺寸（mm）重量（g）高度（mm）腐蝕后20.1031.7210.852、數(shù)據(jù)處理(1)容量法由公式：得出NH=(760mmHg-11.987mmHg) ×(94.5ml-93.6ml)/(62.36×14)=0.771mol由公式：查表得 VH,=0.0192S=×（20.1/2）2&#

9、215;2+×20.1×10.9=1322.91mm2=0.00132m2得：v=N×2NH×(VH+VH,)/(s×t)=0.05×2×0.771×(0.9-0.0192)/(0.00132×2)=25.72g/m2·h(2)失重法：V=（31.80-31.72）/（0.00132×2）=30.01g/m2·h三、思考題1、重量法和容量法測定金屬腐蝕速度的優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍及誤差來源？答：對于密度相同的金屬，可以用重量法比較其耐腐蝕性能，對于密度不同的金屬，盡管單位表面上的質(zhì)

10、量變化相同，其腐蝕深度卻不一樣，對此，應(yīng)用腐蝕深度來表示更為合適。應(yīng)當(dāng)指出，重量法也有其局限和不足。首先，它只考慮均勻腐蝕的情況，而沒有考慮局部腐蝕的情況。其次，對于失重法很難將腐蝕產(chǎn)物完全除去，如果用重量法測定其腐蝕速度，肯定不能說明實(shí)際情況。另外，失重法的實(shí)驗(yàn)周期較長，短則幾小時(shí)，多則數(shù)年乃至數(shù)十年，對于重量法要想做出腐蝕速度(V增)時(shí)間（t）曲線需要大量的樣品和冗長的時(shí)間。而容量法測量也簡單，但只能測量有氣體產(chǎn)生的物質(zhì)，且讀數(shù)時(shí)存在較大誤差。重量法誤差來源：腐蝕產(chǎn)物沒有完全去除、天平稱重精確度不夠、沒完全干燥等原因。容量法誤差來源：測定時(shí)仍有反應(yīng)進(jìn)行，即系統(tǒng)誤差；容器讀數(shù)誤差，即偶然誤差。2、分析不同金屬腐蝕產(chǎn)生的現(xiàn)象及原因？答：金屬材料受周圍介質(zhì)的作用而損壞，稱為金屬腐蝕。金屬的銹蝕是最常見的腐蝕形態(tài)。腐蝕時(shí)，在金屬的界面上發(fā)生了化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)入氧化（離子）狀態(tài)。腐蝕過程一般通過兩種途徑進(jìn)行：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 （1）化學(xué)腐蝕：金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。（2）電化學(xué)腐蝕：金屬材料（合金或不純的金屬）與電解質(zhì)溶液接觸 , 通過電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。3、分析不同溶液濃度下金屬的腐蝕速度？答：對同一電解質(zhì),電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕越快。4、