实验报告-极化曲线测量金属的腐蚀速度

湖南大学实验报告课程实验者名称页数（）专业年级、班同组者姓名级别姓名实验日期年月日日期署教员签一、目的和要求1、掌握恒电位法测定电极极化曲线的原理和实验技术。通过测定Fe在NaCl溶液中的极化曲线，求算Fe的自腐蚀电位，自腐蚀电流2、论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用二、基本原理当金属浸于腐蚀介质时，如果金属的平衡电极电位低于介质中去极化剂（如H+或氧分子）的平衡电极电位，则金属和介质构成一个腐蚀体系，称为共轭体系。此时，金属发生阳极溶解，去极化剂发生还原。在本实验中，镁合金和钢分别与0.5mol/L的NaCl溶液构成腐蚀体系。镁合金与NaCl溶液构成腐蚀体系的电化学反应式为：阳极：Mg=Mg2++2e阴极：2H2O+2e=H2+2OH-钢与NaCl溶液构成腐蚀体系的电化学反应式为：阳极：Fe=Fe2++2e阴极：2H2O+2e=H2+2OH-腐蚀体系进行电化学反应时的阳极反应的电流密度以ia表示，阴极反应的速度以ik表示，当体系达到稳定时，即金属处于自腐蚀状态时，ia=ik=icorr（icorr为腐蚀电流），体系不会有净的电流积累，体系处于一稳定电位c。根据法拉第定律，即在电解过程中，阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比，故可阴阳极反应的电流密度代表阴阳极反应的腐蚀速度。金属自腐蚀状态的腐蚀电流密度即代表了金属的腐蚀速度。因此求得金属腐蚀电流即代表了金属的腐蚀速度。金属处于自腐蚀状态时，外测电流为零。极化电位与极化电流或极化电流密度之间的关系曲线称为极化曲线。测量腐蚀体系的阴阳极极化曲线可以揭示腐蚀的控制因素及缓蚀剂的作用机理。在腐蚀点位附近积弱极化区的举行集会测量可以可以快速求得腐蚀速度。在活化极化控制下，金属腐蚀速度的一般方程式为：其中I为外测电流密度，ia为金属阳极溶解的速度，ik为去极化剂还原的速度，βa、βk分别为金属阳极溶解的自然对数塔菲尔斜率和去极化剂还原的自然对数塔菲尔斜率。令∆E称为腐蚀金属电极的极化值，∆E＝0时，I＝0；∆E0时，是阳极极化，I0,体系通过阳极电流。∆E0时，I0，体系通过的是阴极电流，此时是对腐蚀金属电极进行阴极极化。因此外测电流密度也称为极化电流密度测定腐蚀速度的塔菲尔直线外推法：当对电极进行阳极极化，在强极化区，阴极分支电流ik=0,)]exp()[exp(kcaccorrkaiiiIcE)]exp()[exp(kacorrEEiI)exp(acorraEiiI湖南大学实验报告课程实验者名称页数（）专业年级、班同组者姓名级别姓名实验日期年月日日期署教员签改写为对数形式：当对电极进行阴极极化，∆E0,在强极化区，阳极分支电流ia=0改写成对数形式:强极化区，极化值与外测电流满足塔菲尔关系式，如果将极化曲线上的塔菲尔区外推到腐蚀电位处，得到的交点坐标就是腐蚀电流。图1塔菲尔外推法求金属腐蚀电流的基本原理三、仪器药品和实验装置corracorraiIbiIElgln)exp(kcorrEiIcorrkcorrkiIbiIElgln湖南大学实验报告课程实验者名称页数（）专业年级、班同组者姓名级别姓名实验日期年月日日期署教员签CHI660A电化学工作站1台；烧杯一个；饱和甘汞电极（参比电极）1支；Pt片电极（辅助电极）1支；镁合金（圆柱体）；松香；石腊；分析纯氯化钠；蒸馏水；铜导线图2极化曲线测量示意图四、操作步骤1.电极处理：用金相砂纸将镁合金电极表面打磨平整光亮，测量试样的直径，将45号钢试样和铜导线连接。2.将松香、石腊融化，把试样封装在塑料圆筒里，只露出样品表面。测试前用蒸馏水清洗、酒精清洗样品表面。3.测量极化曲线：（1）打开CHI660A工作站的窗口。（2）将三电极分别插入电极夹的三个小孔中，使电极进入电解质溶液中。将CHI工作站的绿色夹头夹镁电极，红色夹头夹Pt片电极，白色夹头夹参比电极。（3）测定开路电位。点击“T”（Technique）选中对话框中“OpenCircuitPotential-Time”实验技术，点击“OK”。点击“░”（parameters）选择参数，可用仪器默认值，点击“OK”。点击“►”开始实验，测得的开路电位即为电极的自腐蚀电势Ecorr。（4）开路电位稳定后，测电极极化曲线。点击“T”选中对话框中“Tafel”实验技术，点击“OK”初始电位（InitE）设为比Ecorr低“-0.5V”，终态电位（FinalE）设为比Ecorr高“1.25V”，扫描速率（ScanRate）设为“0.001V/s”灵敏度（sensivitivty）设为“自动”，其它可用仪器默认值，极辅助电极极化电解池工作电极参比电极参比电池盐桥恒电位仪湖南大学实验报告课程实验者名称页数（）专业年级、班同组者姓名级别姓名实验日期年月日日期署教员签化曲线自动画出。（5）自腐蚀电流的拟合，打开CHI660A的控制软件，利用自带的软件求得自腐蚀电流密度4.实验完毕，清洗电极、电解池，将仪器恢复原位，桌面擦拭干净。五、实验现象及其分析我组选择铝合金作为试验样品。1、镁电极进入0.5mol/L的NaCl溶液中，镁电极有气泡析出。这是因为镁合金与NaCl溶液构成腐蚀体系，其电化学反应式为：阳极：Mg=Mg2++2e阴极：2H2O+2e=H2+2OH-即气体是镁电极吸氢自腐蚀时析出的氢气。2、当恒电位仪的电位低于镁的自腐蚀电位对镁电极进行阴极极化时，镁电极表面及铂辅助电极均有氢气析出，随着外加电位变正，析氢的速度变缓；同时镁电极表面生成一层氧化膜。3、当恒电位仪的电位高于镁的自腐蚀电位对镁电极进行阳极极化时，镁表面的氧化膜慢慢破坏；镁电极表面及铂辅助电极均有氢气析出，且随着外加电位变正，析氢的速度加快，即镁合金腐蚀的负差数效应及“阳极析氢”现象。六、实验结果及其分析1、镁合金电极的开路电位-时间图像与塔菲尔图如下：图1：钢电极的开路电位-时间图像图3：镁合金电极的开路电位-时间图像湖南大学实验报告课程实验者名称页数（）专业年级、班同组者姓名级别姓名实验日期年月日日期署教员签由图像可知：镁合金的自腐蚀电位为Ecorr=-1.594V，自腐蚀电流密度Icorr=e-4.1=0.0166A。2、45号钢电极的开路电位-时间图像与塔菲尔图如下：图5：钢电极的开路电位-时间图像图4：镁合金电极的塔菲尔图湖南大学实验报告课程实验者名称页数（）专业年级、班同组者姓名级别姓名实验日期年月日日期署教员签由图像可知：45号的自腐蚀电位为Ecorr=-0.547V，自腐蚀电流密度Icorr=e-4.3=0.0136A。3、比较得知，钢的自腐蚀电位比镁合金正的多，这与镁比铁活性强这一性质相吻合；没得自腐蚀速度比钢快。七、思考与讨论（1）解释平衡电极电位、自腐蚀电位有何不同。答：平衡电极电位是指腐蚀电池开路时未发生极化时的阴极反应和阳极反应的平衡电位；而自腐蚀电位腐蚀体系的混合电位，由同时发生的两个电极过程共同决定，是不可逆的非平衡电位。（2）为什么可以用自腐蚀电流icorr来代表金属的腐蚀速度？答:根据法拉第定律，即在电解过程中，阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比，故可阴阳极反应的电流密度代表阴阳极反应的腐蚀速度。金属自腐蚀状态的腐蚀电流密度即代表了金属的腐蚀速度。图6：钢电极的塔菲尔图