實(shí)驗(yàn)報(bào)告-極化曲線測量金屬的腐蝕速度

1、湖南大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告日期署教員簽課程實(shí)驗(yàn)者專業(yè)年級、班級別姓名名稱頁數(shù)（）同組者姓名實(shí)驗(yàn)日期年月日一、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、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。在本實(shí)驗(yàn)中，鎂合金和鋼分別與0.5mol/L的NaC1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：陽極：Mg=Mg

2、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)反應(yīng)式為：陽極：Fe=Fe2+2e陰極：2H2O+2e=H2+2OH-腐蝕體系進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)的陽極反應(yīng)的電流密度以i表示，陰極反應(yīng)的速度以ik表ak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)，i=ik=i（i為腐蝕電流），體系不會(huì)akcorrcorr有凈的電流積累，體系處于一穩(wěn)定電位申。根據(jù)法拉第定律，即在電解過程中，陰極上還原c物質(zhì)析出的量與所通過的電流強(qiáng)度和通電時(shí)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

3、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。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。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（p-）-exp（備）akcorrpp其中I為外測電流密度，i為金屬陽極溶解的速度，ik為去極化劑還原的速度，p、pk分別ak1a1k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Q-Q令A(yù)E稱為腐蝕金屬電極的極化值，AE=0時(shí)，I=0；AE0時(shí)，是陽極極化，I0，體系通

4、過陽極電流。AEvO時(shí)，IvO,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AE-AEI二iexp（礦）-exp（-）TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document COTTppak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，.（A-）I=i=iexp（）acorrp日期署教員a課程實(shí)驗(yàn)者名稱頁數(shù)（）專業(yè)年級、班同組者姓名級別姓名實(shí)驗(yàn)日期年月日改寫為對數(shù)形式：當(dāng)對電極進(jìn)行陰極極化,改寫成對數(shù)形式：E0,AE=0ln=blgaiaicorrcor

5、r在強(qiáng)極化區(qū)，陽極分支電流ia=0a=iexp(AE)corr0k=嚳卩corrAE二BInkicorr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。三、儀器藥品和實(shí)驗(yàn)裝置課程實(shí)驗(yàn)者名稱頁數(shù)（）專業(yè)年級、班同組者姓名級別姓名實(shí)驗(yàn)日期年月日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)線境化電解爐圖2極化曲線測量示意圖四、操作步驟電極處理：用金相砂紙將鎂合金電極表面打磨平整光亮，測量試樣的直徑，將45號鋼試樣和銅導(dǎo)線連

6、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。測試前用蒸餾水清洗、酒精清洗樣品表面。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鎂電極，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）選中對話框中“OpenCircuitPotential-Time”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊“養(yǎng)”（parameters）選擇參數(shù)，可用儀器默認(rèn)值，點(diǎn)擊9K”。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Ecorr。（4）開路電位穩(wěn)定后，測電

7、極極化曲線。點(diǎn)擊“T”選中對話框中“Tafel”實(shí)驗(yàn)技術(shù)，點(diǎn)擊“OK”初始電位（InitE）設(shè)為比E低“-0.5V”，終態(tài)電位（FinalE）設(shè)為比Ecorr高“1.25V”,掃描corr速率（ScanRate）設(shè)為Q001V/S”靈敏度（sensivitivty）設(shè)為自動(dòng)”，其它可用儀器默認(rèn)值，極課程實(shí)驗(yàn)者名稱頁數(shù)()專業(yè)年級、班同組者姓名級別姓名實(shí)驗(yàn)日期年月日化曲線自動(dòng)畫出。自腐蝕電流的擬合，打開CHI660A的控制軟件，利用自帶的軟件求得自腐蝕電流密度實(shí)驗(yàn)完畢，清洗電極、電解池，將儀器恢復(fù)原位，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

8、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：陽極：Mg=Mg2+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鎂電極進(jìn)行陽極極化時(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，析氫的速度加快，即鎂合金腐蝕的負(fù)差數(shù)效應(yīng)及“陽極析氫”現(xiàn)象。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析1、鎂合金電極的開路電位

9、-時(shí)間圖像與塔菲爾圖如下：圖3：鎂合金電極的開路電位-時(shí)間圖像A二I?JUEOd湖南大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告署教員簽課程實(shí)驗(yàn)者.專業(yè)年級、班級別姓名名稱頁數(shù)（）實(shí)驗(yàn)日期年月日(V/E0一-6-1.0-1.2-1.4-1.6-1.8-2.0Potential/V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=0.0166Ao2、45號鋼電極的開路電位-時(shí)間圖像與塔菲爾圖如下：圖5：鋼電極的開路電位-時(shí)間圖像A、wUMOd湖南大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告日期署教員簽課程實(shí)驗(yàn)者.專業(yè)年級、班級別姓名名稱頁數(shù)（）實(shí)驗(yàn)日期年月日-0.2-0.4-0.6Potential/V-0.8-1.01,-23-=45七(V二M0.0圖6：鋼電極的塔菲爾圖由圖像可知：45號的自腐蝕電位為Ecorr=-0.547V,自腐蝕電流密度1込=。43=.136人。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路時(shí)未發(fā)生極化時(shí)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