线性极化技术测量金属腐蚀速度-实验报告

电极过程动力学实验报告BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY北京理工大学电极过程动力学实验报告姓名班级学号实验日期年月日指导教师同组姓名成绩实验名称线性极化技术测量金属腐蚀速度一、实验目的1．了解线性极化法测定金属腐蚀速度的原理和方法；2．掌握电位扫描法测定塔菲尔曲线；3．应用塔菲尔曲线计算极化电阻、斜率和腐蚀电流；4．应用stern公式计算腐蚀速度。二、实验原理以测量铁在硫酸溶液中的腐蚀为例。从电化学的基础理论可知，当铁在硫酸溶液中时，一定发生两个反应过程：阳极过程：Fe－2e-＝Fe2＋阴极过程：2H＋＋2e-＝H2↑如果外电路无电流流过时，铁的阳极溶解速度与表面氢的逸出速度相等，该速度就是铁的腐蚀速度，用电流密度i腐表示，此时铁的电位即是腐蚀电位φ腐。i腐和φ腐可以通过测定铁在硫酸中的阴极和阳极的Tafel曲线，并将两条曲线的直线段外延相交求得，交点所对应的电流是i腐，电位是φ腐。图1是铁在硫酸中的阴极和阳极的Tafel曲线示意图。电极过程动力学实验报告BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY图1铁在硫酸中的阴极和阳极的Tafel曲线示意图上述方法在实际应用时，有时两条曲线的外延线交点不准确，给精确测量带来很大的误差。所以本实验采用线性极化法测定腐蚀速度。线性极化的含意就是指在腐蚀电位附近，当Δφ≤10mV时，极化电流i与极化电位Δφ之间存在着线性规律。对于由电化学步骤控制的腐蚀体系，存在下列关系式：该公式即是线性极化法的Stern公式：式中：i/Δφ的倒数称为极化电阻Rr＝Δφ/iba和bk分别为阳极和阴极的Tafel常数，即是两条外延直线的斜率。根据上述的基本原理，测量腐蚀体系的极化电阻Rr和Tafel曲线的ba和bk，用Stern公式，即可求出腐蚀速度i腐。)(303.2kakabbbbii腐电极过程动力学实验报告BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY三、实验装置1.计算机一台2．电化学分析仪（CHI604e）一台3．电解池1个4．辅助电极（铂片电极）1片5．参比电极（氧化汞电极、甘汞电极）2个6．研究电极（1cm2低碳钢片一面用环氧树脂封固绝缘）1片四、实验内容及步骤1.溶液：（1）1mol/LNaOH（2）10%HCl（3）3.5%KCl2.测量内容：（1）测量三种不同体系的Tafel曲线（2）应用Tafel曲线计算腐蚀电流和斜率（3）应用Tafel曲线求出极化电阻3.实验步骤（1）清洗电解池，装入3.5%KCl溶液。放入参比电极、辅助电极、研究电极。研究电极放入电解池前，要用细砂纸打磨至光亮，水洗后用丙酮除油再放入电解池。（2）接好线路，打开计算机和电化学分析仪开关。在计算机桌面上用鼠标点击CHI604A图标，进入分析测试系统。（3）选择菜单中的“T”（Technique）实验技术进入，选择菜单中的TafelPlot，点击“OK”退出。（4）选择菜单中的“Control”（控制）进入，选择菜单中的OpenCircuitPotential（开路电压）得出给定的开路电压退出。（5）选择菜单中的Parameters（实验参数）进入实验参数设置。InitE（V）电极过程动力学实验报告BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY（初始电位）和FinalE（V）终止电位，应根据给定的开路电压±（0.25－0.5）V来确定。ScanRate（V/s）扫描速度为0.0005-0.001。其余的参数可选择自动设置。（6）选择菜单中的“”Run开始扫描。（7）扫描结束，选择菜单中的Graphics（图形）进入，选择GraphOption（图形选择）进入，在Data（数据）选择Current（电流）进入图形，取Δφ和对应的ΔI，Δφ/ΔI=Rr，计算出极化电阻。（8）进入Analysis（分析），选择菜单中SpecialAnalysis（特殊分析）进入，点击Calculate（计算）得出阴极Tafel斜率、阳极Tafel斜率和腐蚀电流。（9）换溶液，重复以上步骤，分别做1mol/LNaOH（参比电极换成氧化汞电极）、10%HCl两种不同体系的实验。（10）将所做出的曲线存盘、打印。（11）关闭电源，取出研究电极，清洗干净，结束实验。五、实验结果分析第一组实验：3.5%KCl体系（共测了两次）用matlab处理后作出的图为：电极过程动力学实验报告BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY（1）计算：斜率分别为：ba=7.5251,bk=6.7087切线交点：v=-0.199，logi=-6.356即：i腐=4.4027e-007在开路电压附近拟合直线：斜率为：k=0.2195e-4所以Rr＝Δφ/i=1/k=4.5556e+4=k𝒃𝒂.𝒃𝒌𝟐.𝟑𝟎𝟑(𝒃𝒂+𝒃𝒌)=3.3806e-005(2)计算：电极过程动力学实验报告BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY斜率分别为：ba=8.4232,bk=4.6954切线交点：v=-0.1850，logi=-6.4970即：i腐=3.1840e-007在开路电压附近拟合直线：斜率为：k=0.1035e-4所以Rr＝Δφ/i=1/k=9.6575e+4=k𝒃𝒂.𝒃𝒌𝟐.𝟑𝟎𝟑(𝒃𝒂+𝒃𝒌)=1.3555e-005)(303.2腐kakabbbbii电极过程动力学实验报告BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY2、第二组：1mol/LNaOH（两组数据）（1）计算：斜率分别为：ba=4.6833,bk=9.7172切线交点：v=-0.2730，logi=-6.0089即：i腐=9.7979e-007在开路电压附近拟合直线：斜率为：k=0.7185e-4所以Rr＝Δφ/i=1/k=1.3918e+4=k𝒃𝒂.𝒃𝒌𝟐.𝟑𝟎𝟑(𝒃𝒂+𝒃𝒌)=9.8588e-005电极过程动力学实验报告BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY（2）斜率分别为：ba=6.8884,bk=10.6167切线交点：v=-0.2820，logi=-6.1596即：i腐=6.9249e-007在开路电压附近拟合直线：斜率为：k=0.4837e-4所以Rr＝Δφ/i=1/k=2.0674e+4=k𝒃𝒂.𝒃𝒌𝟐.𝟑𝟎𝟑(𝒃𝒂+𝒃𝒌)=8.7749e-0053、第三组实验：10%HCl（两组)(303.2腐kakabbbbii电极过程动力学实验报告BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY数据）（1）斜率分别为：ba=12.2697,bk=23.4083切线交点：v=-0.3910，logi=-4.4908即：i腐=2.4696e-005在开路电压附近拟合直线：斜率为：k=2.8e-3所以Rr＝Δφ/i=1/k=357.1429=k𝒃𝒂.𝒃𝒌𝟐.𝟑𝟎𝟑(𝒃𝒂+𝒃𝒌)=9.8e-003电极过程动力学实验报告BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY（2）斜率分别为：ba=8.4160,bk=23.4758切线交点：v=-0.3900，logi=-4.4908即：i腐=3.2300e-005在开路电压附近拟合直线：斜率为：k=2.6e-3所以Rr＝Δφ/i=1/k=384.6154=k𝒃𝒂.𝒃𝒌𝟐.𝟑𝟎𝟑(𝒃𝒂+𝒃𝒌)=6.9e-003)(303.2腐kakabbbbii电极过程动力学实验报告BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY通过计算把相应实验组的极化电阻、阴极塔菲尔曲线斜率、阳极塔菲尔曲线斜率和腐蚀电流计算出，结果附于相应图旁。2、试分析比较三种不同体系的Tafel曲线的差异。答：三种体系的Tafel曲线形状走势差不多，但是HcL的阴阳极塔菲尔曲线斜率相差很大，其余两种体系相差不大。4．如果两条切线能相交，交点对应的电流即是腐蚀电流密度i腐，比较与用Stern公式计算出的腐蚀电流密度i腐的差异。答：有以上计算结果可知，由交点求出的腐蚀电流密度与用Stern公式计算出的腐蚀电流密度相差比较大，但所有数据都相差两个数量级，可能的原因有两个，一是测量时出现错误（仪器出错或是操作出错）；二是用Stern公式计算的腐蚀电流密度有条件，可能条件不太适合（例如浓度或是问题）。