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1极化曲线的测试与分析一．实验目的：掌握测定金属极化曲线的方法；二．实验装置及实验材料1．电化学测量系统（PS-268A型）1台2．计算机1台3．三电极系统（研究电极：试样；参比电极：甘汞；辅助电极；铂）1套4.低碳钢电化学试样1个5.碳钢挂片试样4个6.过饱和KCl、蒸馏水、丙酮、脱脂棉、砂纸等若干7.量尺、分析天平、量杯、烧杯、毛刷等。三．实验原理1、电化学腐蚀原理金属腐蚀按腐蚀机理可分为化学腐蚀，电化学腐蚀两类。电化学腐蚀是指金属表面与电解质溶液发生电化学反应而引起的破坏。其特点是反应过程中金属构成电极，整个系统有阳极失去电子和阴极获得电子及电子流动的产生。电化学腐蚀服从电化学动力学的基本规律。当金属浸入电解质溶液时，由于水分子极性的静电作用，或由于金属电子的吸附作用。在两相界面的两侧将形成由电子层与正离子层组成的双电层。由于双电层的存在而产生的电位差称为金属―溶液体系的电极电位。不同的金属在不同的溶液体系中有不同的电极电位。至今还没有可靠的方法可以测定金属电极电位的绝对值，但可以求其相对值。通常是指定某一电位稳定的电极为基准电极也叫参比电极或参考电极，人为规定其电位值；再把它与被研究电极组成原电池；测定出原电池的电动势，则被研究电极的电极电位就被测出。通常采用的参比电极是标准氢电极，但在实际工作中常常采用更方便、更结实的参比电极，如甘汞电极，银－氯化银电极等。实际上，金属大多是含有杂质的或者以合金的形态存在。因此，金属浸入电解质溶液后，其界面不是存在单一电极而是存在着几个电极，测得的电位也是其混合值，金属与电解质溶液接触一定时间后，达到的稳定电位值称为该金属在该电解质溶液中的腐蚀电位或自然腐蚀电位，又叫开路电位或混合电位。腐蚀电位决定于金属材料的成分，金相组织结构，表面状态以及电解质溶液的成分，浓度，温度和PH值等。腐蚀电位的大小与金属腐蚀速度之间没有简单的对应关系，但其可以大致指出金属的耐腐蚀性。腐蚀电位越负，金属被介质腐蚀的趋势越大；反之，腐蚀电位越正，金属在该介质中越稳定，受腐蚀倾向越小，特别是腐蚀电位随时间变化的Ek-t曲线常常能说明金属表面保护膜的形成过程和稳定性，以及腐蚀速度是否恒定，是否出现局部腐蚀等等。所以测定腐蚀电位及Ek－t曲线对于研究腐蚀机理和控制过程有很大意义。金属腐蚀电位越负，腐蚀倾向越大，但腐蚀的可能性大，并不等于腐蚀速度大，因为腐蚀速度的大小除与金属腐蚀电位有关外，还与金属极化现象有关。极化作用实际上是环境因素对腐蚀电池反应的阻碍作用，原电池的极化是指原电池两极接通后，由于两极间有电流通过，而同时引起阳极电位向负电位方向移动（阳极极化），与阴极电位向正电位方向移动（阴极极化），两极电位差减小，原电池电流强度减小，腐蚀速度也随之减缓的现象。外加电流可加剧原电池的极化，给一金属电极通以阳极电流，则金属电极图1I-E曲线图2logI-E曲线的电流强度I与其相对应的电极电位E之间的变化关系曲线—E-I曲线，或表示为E-logI曲线叫极化曲线，如图1、图2所示。根据极化时金属电极电位与电流强度的关系，可以把极化曲线分为三个区域：微极化区、弱极化区、强极化区。在微极化区，施加的是微量级极化电流，△E很小时（约±10mv），E-I极化曲线呈线性关系，故此区又称线性极化区，直线的斜率称为极化电阻RP3IERPPcacaKRbbbbI1)(20303式中ba、bc———阳极和阴极过程的Tafel常数。此式为线性极化方程式，也称Stern-geazyf方程式，它表明金属的腐蚀速度与其极化阻力成反比，通过比较PR可以定性地判断腐蚀体系地耐腐蚀性能。PR越大，耐腐蚀性越强，腐蚀速度越慢。强极化区也称塔菲尔（Tafel）区，此强极化区外加极化电势△E较大（△E＞mvn100）EK—LogI呈直线关系，可用强极化曲线相交法测定腐蚀速度和Tafel常数,如图3所示。图3极化曲线图强极化区阴、阳极极化曲线的直线斜率即ba，bc，两直线延长线相交点坐标为（EK，logIK）。通过比较IK值大小，可定性判断腐蚀体系的大小，IK越大，则该体系腐蚀速度越高耐腐蚀性越差，强极化测试法是一种经典的腐蚀速度测试法，较为简单。但因其测试时间长，对被测试金属表面状态影响大，测试精度较差。微极化区由于△E小，相应的△I也小，因此测试条件苛刻，对测试仪器的要求高。强极化区外加△E较大，会破坏电极表面状态，故极化值介于两者之间的弱极化区的测试技术发展很快。其测试结果未对金属腐蚀动力学方程式4做任何近似处理，极化电位范围也较为适中。因此理论上说该区测试所得的腐蚀速度它接近于实际腐蚀情况。测出外加电流的金属腐蚀极化曲线，再对其进行分析、比较，将有助于了解金属腐蚀规律和机理，计算腐蚀速度，了解金属表面有无钝化现象，以及探讨腐蚀控制的途径等。因此，极化曲线是研究金属腐蚀与防护的重要工具。四、实验方法及步骤1．准备工作（1）用400#砂纸对试样表面进行打磨除锈；（2）用量尺测量试片尺寸并记录之；（3）取适量自来水装入腐蚀池（4）按图4所示放置参比电极、试样研究电极，辅助电极，并将各电极与电化学测量系统的对应电极输入线连接。（5）连接：白/黑双线接研究电极，红线铂电极，蓝线接参比电极，如图4所示。图4三电极接线图五、实验报告要求：1.分析电化学腐蚀数据和极化曲线图。2．观察金属试样腐蚀后的外形，确定腐蚀是均匀的还是不均匀的。3．观察腐蚀产物的颜色，分布情况及与金属表面结合是否牢固。3．观察溶液颜色有否变化，是否有腐蚀产物的沉淀。