1、金屬腐蝕與防護(hù)實(shí)驗?zāi)夸泴?shí)驗部分實(shí)驗1 腐蝕試樣的制備 電化學(xué)試樣的制備 2實(shí)驗2 恒電位法測定陽極極化曲線 3實(shí)驗3 塔菲爾直線外推法測定金屬的腐蝕速度 5實(shí)驗4 失重法測定金屬的腐蝕速度 7實(shí)驗5 線性極化法測定金屬的腐蝕速度 10實(shí)驗6 電位-pH圖的應(yīng)用12實(shí)驗7 動電位掃描法測定金屬的陽極極化曲線 14實(shí)驗8 電偶腐蝕速度的測定 15實(shí)驗9 閉塞電池腐蝕模擬實(shí)驗 17演示實(shí)驗部分實(shí)驗1 腐蝕原電池 18實(shí)驗2 原電池的極化 19實(shí)驗3 鋼在硝酸中的鈍化 20實(shí)驗4 緩蝕劑的緩蝕效果 21實(shí)驗5 陰極保護(hù)犧牲陽極法 22 附錄1 CR-3型多功能腐蝕測量儀的使用方法23 附錄2 PS-1

2、型恒電位/恒電流儀的使用方法 26綜合實(shí)驗部分銹蝕碳鋼磷化及磷化膜性能檢驗試驗.30附錄一.34附錄二.42附錄三.45附錄四.46實(shí)驗部分實(shí)驗1腐蝕試樣的制備 電化學(xué)試樣的制備一、 目的 學(xué)會一種用樹脂鑲制電化學(xué)實(shí)驗用的金屬試樣的簡易方法和焊接金屬樣品的方法。二、 材料和藥品 金屬試樣 具有塑料絕緣外套的銅管 塑料套圈 金屬砂紙 電烙鐵 焊油 焊錫絲 玻璃板 玻璃棒 燒杯 托盤天平 乙二胺 環(huán)氧樹脂三、 實(shí)驗步驟1 焊接金屬樣品將金屬試樣的所有面金屬都用砂紙打磨光亮，用水沖洗干凈后待用。 2 給電烙鐵通電加熱，待電烙鐵尖端呈紅色時，蘸少許焊油且接觸焊錫絲待焊錫絲熔化后，將帶塑料套圈的銅桿焊在

3、金屬試樣上。3 將鋸好的5mm厚的塑料套圈打磨平整待用。 4 稱取100g環(huán)氧樹脂于燒杯中，再稱取58g固化劑乙二胺也倒入該燒杯中，用玻璃棒攪拌10min，然后把塑料圈放在光滑的玻璃板上，將金屬試樣放在塑料圈內(nèi)中央部分。5 把配制好的環(huán)氧樹脂倒入擺好金屬試樣的塑料圈內(nèi)。6 24h固化好金屬試樣可以進(jìn)行磨制、拋光。四、 注意事項 1 焊接金屬試樣時，因電烙鐵尖端部位的溫度最高，要用尖端部位進(jìn)行焊接。焊接時，要先在金屬試樣上焊上點(diǎn)焊錫絲，再將銅桿尖端也焊上些錫絲，然后把2個錫點(diǎn)進(jìn)行焊接，這樣，即容易焊上又容易焊牢。2 不要觸摸電烙鐵及金屬部分，以免燙傷。 實(shí)驗2恒電位法測定陽極極化曲線一、 目的1

4、 了解金屬活化、鈍化轉(zhuǎn)變過程及金屬鈍化在研究腐蝕與防護(hù)中的作用。2 熟悉恒電位測定極化曲線的方法。3 通過陽極極化曲線的測定，學(xué)會選取陽極保護(hù)的技術(shù)參數(shù)。二、 基本原理測定金屬腐蝕速度、判斷添加劑的作用機(jī)理、評選緩蝕劑、研究金屬的鈍態(tài)和鈍態(tài)破壞及電化學(xué)保護(hù)，都需測量極化曲線。測量腐蝕體系的極化曲線，實(shí)際就是測量在外加電流作用下，金屬在腐蝕介質(zhì)中的電極電位與外加電流密度（以下簡稱電密）之間的關(guān)系。陽極電位和電流的關(guān)系曲線稱為陽極極化曲線。為了判斷金屬在電解質(zhì)溶液中采用陽極保護(hù)的可能性，選擇陽極保護(hù)的三個主要技術(shù)參數(shù)致鈍電密、維鈍電密和鈍化電位（鈍化區(qū)電位范圍）。必須測定陽極極化曲線。測量極化曲線

5、的方法可以采用恒電位和恒電流兩種不同方法。以電密為自變量測量極化曲線的方法叫恒電流法，以電位為自變量的測量方法叫恒電位法。一般情況下，若電極電位是電密的單值函數(shù)時，恒電流法和恒電位法測得的結(jié)果是一致的。但是如果某種金屬在陽極極化過程中，電極表面壯態(tài)發(fā)生變化，具有活化/鈍化變化，那么該金屬的陽極過程只能用恒電位法才能將其歷程全部揭示出來，這時若采用恒電流法，則陽極過程某些部分將被掩蓋，而得不到完整的陽極極化曲線。在許多情況下，一條完整的極化曲線中與一個電密相對應(yīng)可以有幾個電極電位。例如，對于具有活化/鈍化行為的金屬在腐蝕體系中的陽極極化曲線是很典型的。由陽極極化曲線可知，在一定的電位范圍內(nèi)，金屬

6、存在活化區(qū)、鈍化過渡區(qū)、鈍化區(qū)和過鈍化區(qū)，還可知金屬的自腐蝕電位（穩(wěn)定電位）、致鈍電密、維鈍電密和維鈍電位范圍。用恒電流法測量時，由自腐蝕電位點(diǎn)開始逐漸增加電密，當(dāng)達(dá)到致鈍電密點(diǎn)時金屬開始鈍化，由于人為控制電密恒定，故電極電位突然增加到很正的數(shù)值（到達(dá)過鈍化區(qū)），跳過鈍化區(qū)，當(dāng)再增加電密時，所測得的曲線在過鈍化區(qū)。因此，用恒電流法測不出金屬進(jìn)入鈍化區(qū)的真實(shí)情況，而是從活化區(qū)躍入過鈍化區(qū)。碳鋼在NH4HCO3-NH4OH中就是在陽極極化過程中由活化態(tài)轉(zhuǎn)入鈍態(tài)的。用恒電位法測定其陽極極化曲線，正是基于碳鋼在NH4HCO3-NH4OH體系中有活化/鈍化轉(zhuǎn)變這一現(xiàn)象，并可對設(shè)備進(jìn)行陽極保護(hù)。三、 儀器

7、及用品 恒電位儀 極化池 飽和甘汞電極 鉑金電極 A3 鋼電極 粗天平 量筒 1000mL；100 mL 燒杯 1000 mL 溫度計 電爐 NH4HCO3及NH3H2O, 無水乙醇棉，水砂紙。四、 實(shí)驗步驟 1 溶液的配制（1）燒杯內(nèi)放入700 mL去離子水，在電爐上加熱到40左右，放入160g NH4HCO3 ，攪拌均勻，然后加入65 mL濃NH3H2O 。 （2）將配制好的溶液注入極化池中。 2 操作步驟 （1）用水砂紙打磨工作電極表面，并用無水乙醇棉擦試干凈待用。（2）將輔助電極和研究電極放入極化池中，甘汞電極浸入飽和KCl溶液中，用鹽橋連接二者，鹽橋魯金毛細(xì)管尖端距離研究電極12mm

8、左右。按圖1連接好線路并進(jìn)行測量。 （3）測A3 鋼在NH4HCO3-NH4OH體系中的自腐蝕電位約為-0.85V,穩(wěn)定15min，若電位偏正，可先用很小的陰極電流（50A/cm2左右）活化12min再測定。 圖1 恒電位極化曲線測量裝置 1鹽橋；2輔助電極；3研究電極；4參比電極；極化池 （4）調(diào)節(jié)恒電位（從自腐蝕電位開始）進(jìn)行陽極極化，每隔2min增加50mV，并分別讀取不同電位下相應(yīng)的電流值，當(dāng)電極電位達(dá)到+1.2V左右時即可停止試驗。五、 結(jié)果及數(shù)據(jù)處理1求出各點(diǎn)的電密，添入自己設(shè)計的表格。2在半對數(shù)坐標(biāo)紙上用所得數(shù)據(jù)作Elgi曲線。3指出碳鋼在NH4HCO3-NH4OH中進(jìn)行陽極保護(hù)

9、的三個基本參數(shù)。 六、 思考題1陽極極化曲線對實(shí)施陽極保護(hù)有何指導(dǎo)意義？2極化曲線測量對研究電極、輔助電極、參比電極和鹽橋的要求是什么？ 實(shí)驗3塔菲爾直線外推法測定金屬的腐蝕速度一、目的 1 掌握塔菲爾直線外推法測定金屬腐蝕速度的原理和方法。 2 測定低碳鋼在1MHAc+1MNaCl混合溶液中腐蝕電密ic 、陽極塔菲爾斜率 ba和陰極塔菲爾斜率 bc 。 3 對活化極化控制的電化學(xué)腐蝕體系在強(qiáng)極化區(qū)的塔菲爾關(guān)系加深理解。 4. 學(xué)習(xí)用恒電流法繪制極化曲線。二、實(shí)驗原理 金屬在電解質(zhì)溶液中腐蝕時，金屬上同時進(jìn)行著兩個或多個電化學(xué)反應(yīng)。例如鐵在酸性介質(zhì)中腐蝕時，F(xiàn)e上同時發(fā)生反應(yīng)： Fe Fe2+

10、 +2e 2H+ +2e H2 在無外加電流通過時，電極上無凈電荷積累，即氧化反應(yīng)速度ia等于還原反應(yīng)速度ic ,并且等于自腐蝕電流Icorr ,與此對應(yīng)的電位是自腐蝕電位Ecorrr 。 如果有外加電流通過時，例如在陽極極化時，電極電位向正向移動，其結(jié)果加速了氧化反應(yīng)速度ia 而擬制了還原反應(yīng)速度ic ,此時，金屬上通過的陽極性電流應(yīng)是： Ia = ia -|ic| = ia + ic同理，陰極極化時，金屬上通過的陰極性電流Ic也有類似關(guān)系。 Ic = -|ic| + ia = ic + ia從電化學(xué)反應(yīng)速度理論可知，當(dāng)局部陰、陽極反應(yīng)均受活化極化控制時，過電位（極化電位）與電密的關(guān)系為：

11、ia =icorrepx(2.3/ba) ic = - icorrexp(-2.3/bc)所以 Ia =icorrexp(2.3/ba)- exp(-2.3/bc) Ic = -icorrexp(-2.3/bc)- exp(2.3/ba) 當(dāng)金屬的極化處于強(qiáng)極化區(qū)時，陽極性電流中的ic和陰極性電流中的ic 都可忽略，于是得到： Ia =icorrexp(2.3/ba) Ic =-icorrexp(-2.3/bc)或?qū)懗桑?=-balgicoor+balgia = -bclgicorr+bclgic可以看出，在強(qiáng)極化區(qū)內(nèi)若將對lgi作圖，則可以得到直線關(guān)系見熱力設(shè)備腐蝕與腐蝕p257Fig.14

12、12（a）。該直線稱為塔菲爾直線。將兩條塔菲爾直線外延后相交，交點(diǎn)表明金屬陽極溶解速度ia與陰極反應(yīng)（析H2）速度ic相等，金屬腐蝕速度達(dá)到相對穩(wěn)定，所對應(yīng)的電密就是金屬的腐蝕電密。 實(shí)驗時，對腐蝕體系進(jìn)行強(qiáng)極化（極化電位一般在100250mV之間），則可得到Elgi的關(guān)系曲線。把塔菲爾直線外延至腐蝕電位。lgi坐標(biāo)上與交點(diǎn)對應(yīng)的值為lgic ,由此可算出腐蝕電密icorr 。由塔菲爾直線分別求出ba和bc 。 影響測量結(jié)果的因素如下： （1）體系中由于濃差極化的干擾或其他外來干擾；（2）體系中存在一個以上的氧化還原過程（塔菲爾直線通常會變形）。故在測量為了能獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果，塔菲爾直線段必

13、須延伸至少一個數(shù)量級以上的電流范圍。三、 儀器和用品 恒電位儀 數(shù)字電壓表 磁力攪拌器 極化池 鉑金電極（輔助電極） 飽和甘汞電極 A3鋼電極（研究電極），工作面積1cm2 Zn電極（研究電極） 粗天平 秒表 量筒 1000mL, 50mL 燒杯 2000mL， 1000mL HAc ，NaCl，無水乙醇棉，水砂紙 介質(zhì)為1MHAc+1MNaCl混合溶液 四、 實(shí)驗步驟 1 配制1MHAc+1MNaCl溶液 2 將工作電極用水砂紙打磨，用無水乙醇棉擦洗表面去油待用。 3 將研究電極、參比電極、輔助電極、鹽橋裝入盛有電解質(zhì)的極化池，鹽橋毛細(xì)管尖端距研究電極表面距離可控制為毛細(xì)管尖端直徑的兩倍。4

14、 按附錄2“PS-1型恒電位/恒電流儀使用方法”連接好線路進(jìn)行測量。 5 測量時，先測量陰極極化曲線，然后測量陽極極化曲線。 6 開動磁力攪拌器，旋轉(zhuǎn)速度為中速，進(jìn)行極化測量。 7 先記下i = 0時的電極電位值，這是曲線上的第一個點(diǎn)，先進(jìn)行陰極極化。分別以相隔10s的間隔調(diào)節(jié)極化電流為-0.5、-1、-2、-3、-4、-5、-10、-20、-30、-40、-50、-60mA，并記錄對應(yīng)的電極電位值，迅速將極化電流調(diào)為零，待電位穩(wěn)定后進(jìn)行陽極極化。此時應(yīng)分別調(diào)節(jié)極化電流為0.5、1、2、3、4、5、10、20、30、40mA，并記錄對應(yīng)的電極電位值。應(yīng)注意，極化電流改變時，調(diào)節(jié)時間應(yīng)快，一般在

15、5秒之內(nèi)完成，實(shí)驗結(jié)束后將儀器復(fù)原。 五、 結(jié)果處理 1 將實(shí)驗數(shù)據(jù)繪在半對數(shù)坐標(biāo)紙上。 2 根據(jù)陰極極化曲線的塔菲爾線性段外延求出鋅和碳鋼的腐蝕電流，并比較它們的腐蝕速度。 3 分別求出腐蝕電密ic、陰極塔菲爾斜率bc和陽極塔菲爾斜率ba。六思考題 1 從理論上講，陰極和陽極的塔菲爾線延伸至腐蝕電位應(yīng)交于一點(diǎn)，實(shí)際測量的結(jié)果如何？為什么？3如果兩條曲線的延伸線不交于一點(diǎn)，應(yīng)如何確定腐蝕電密？實(shí)驗4失質(zhì)法測定金屬的腐蝕速度 一、 目的 1 掌握某些因素如介質(zhì)及其濃度、緩蝕劑等對金屬腐蝕速度的影響。 2 掌握質(zhì)量法測定金屬腐蝕速度的方法。 二 原理 使金屬材料在一定條件下（溫度、壓力、介質(zhì)濃度等

16、）經(jīng)腐蝕介質(zhì)作用一定時間后，比較腐蝕前后該材料的質(zhì)量變化從而確定腐蝕速度。 對于均勻腐蝕，根據(jù)腐蝕產(chǎn)物易除去與否可分別采用失質(zhì)指標(biāo)和增質(zhì)指標(biāo)來表示腐蝕速度。失質(zhì)指標(biāo)V-為： 增質(zhì)指標(biāo)V+為：式中：S 試樣面積，m2； t 試驗時間, h； m0 腐蝕前試樣的質(zhì)量, g ； m1 腐蝕后試樣的質(zhì)量（清除腐蝕產(chǎn)物后），g ； m2 腐蝕后試樣的質(zhì)量（清除腐蝕產(chǎn)物前）, g ； 對于均勻腐蝕，很易將以上腐蝕速度指標(biāo)換算成以深度指標(biāo)Vt表示的腐蝕速度：式中： 金屬的密度，g/cm3 質(zhì)量法適于室內(nèi)外多種腐蝕實(shí)驗，可用于材料的耐蝕性能評定、選擇緩蝕劑、改變工藝條件時檢查防腐效果等。本實(shí)驗是碳鋼在敞開的酸

17、溶液中的全浸實(shí)驗，用質(zhì)量法測定其腐蝕速度。 金屬在酸中的腐蝕一般是電化學(xué)腐蝕。酸類對金屬的腐蝕規(guī)律主要取決于酸的氧化性。非氧化性酸，如鹽酸，其陰極過程是氫去極化過程；氧化性酸，其陰極過程則主要是氧化劑的還原過程。但我們不可能把酸類截然分成氧化性酸和非氧化性酸，例如，當(dāng)HNO3 比較稀時，碳鋼的腐蝕速度隨酸濃度的增加而增加，是氫去極化腐蝕，當(dāng)HNO3 濃度超過30%時，碳鋼的腐蝕速度迅速下降，HNO3 濃度達(dá)到50%時，碳鋼的腐蝕速度最小，此時碳鋼在HNO3 中腐蝕的陰極過程是： NO3- + 2H+ + 2e NO2- +H2O酸中加入適量緩蝕劑能阻止金屬腐蝕或降低金屬腐蝕速度。 三、 儀器與

18、藥品 鋼印、鋃頭、游標(biāo)卡尺、毛刷、干燥器、分析天平、燒杯、量筒、搪瓷盤、溫度計、電爐、玻璃棒、鑷子、濾紙、尼龍絲。丙酮、去離子水、20%H2SO4 、20%H2SO4 +硫脲10g/L、 20%NHO3 、60%NHO3 、12%HCl+1%2%六次甲基四胺。 四、 實(shí)驗步驟與內(nèi)容 1 試樣的準(zhǔn)備（1）A3 碳鋼試樣，其尺寸為5025（23）mm 。且打磨試樣。（2）用鋼印給試樣編號，以示區(qū)別。（3）用游標(biāo)卡尺準(zhǔn)確測量試樣尺寸，計算出試樣面積，記錄數(shù)據(jù)。 （4）試樣表面除油，先用毛刷、軟布在流水中清除其表面殘屑、油污，再用丙酮清洗后用濾紙吸干。如此處理的試樣避免再用手摸，應(yīng)用干凈紙包好，于干燥

19、器中干燥24h 。 （5）將干燥后的試樣放在分析天平上稱重，精確到0.1mg，稱重結(jié)果記錄在表1內(nèi)。 2 腐蝕實(shí)驗 （1）分別量取800mL下列溶液； 20%H2SO4 20%H2SO4 +硫脲10g/L 20%NHO3 60%NHO3 將其分別放在4個1000 mL干凈燒杯中。 （2）將試樣按編號分成四組（每組2片），用尼龍絲懸掛，分別浸入以上4個燒杯中。試樣要全部浸入溶液，每個試樣浸泡深度要求一致，上端應(yīng)在液面以下20mm 。 （3）自試樣進(jìn)入溶液時開始記錄腐蝕時間，半小時后，把試樣取出，用水清洗。 3 腐蝕產(chǎn)物的去除 腐蝕產(chǎn)物的清洗原則是應(yīng)除去試樣上所有的腐蝕產(chǎn)物，而只能去掉最小量的基本

20、金屬。去除腐蝕產(chǎn)物的方法有機(jī)械法、化學(xué)法及電化學(xué)法。該實(shí)驗采用機(jī)械法和化學(xué)法。 （1）機(jī)械法去除腐蝕產(chǎn)物。若腐蝕產(chǎn)物較厚可先用竹簽、毛刷、橡皮擦凈表面，以加速除銹過程。 （2）化學(xué)法除銹?；瘜W(xué)法除銹常用的試劑很多，對于鐵和鋼來說主要有以下幾種配方： a. 20% NaOH + 200g/L鋅粉，沸騰5min ,直至干凈。 b. HCl + 50g/L SnCl2 + 20g/L SnCl3 。 c. 12% HCl + 0.2% As2O3 + 0.5% SnCl2 + 0.4%甲醛，50，1540min 。 d. 10% H2SO4 + 0.4% 甲醛,4050，10min 。 e. 12%

21、 HCl + 1%2% 烏洛托品，50或常溫。 f. 飽和NH4Cl + NH3H2O，常溫，直至干凈。 本實(shí)驗采用試劑為配方e ，該法空白小，除銹快，經(jīng)除銹后樣品表面稍發(fā)黑。 （3）除凈腐蝕產(chǎn)物后，用水清洗試樣（先用自來水后用去離子水），再用丙酮擦洗、濾紙吸干表面，用紙包好，于干燥器內(nèi)干燥24h。將干燥后的試樣稱重，結(jié)果記錄在表2中。 五、 實(shí)驗結(jié)果的評定 1 定性評定方法 （1）觀察金屬試樣腐蝕后的外形，確定腐蝕是否均勻，觀察腐蝕產(chǎn)物的顏色、分布情況及其與金屬表面結(jié)合是否牢固。 （2）觀察溶液顏色是否變化，是否有腐蝕產(chǎn)物的沉淀。 2 定量評定方法 若腐蝕是均勻的，可依上述公式計算V- ，并

22、可換算成腐蝕深度。根據(jù)下式計算20% H2SO4 加硫脲后的緩蝕率G ：式中：V 未加緩蝕劑時的腐蝕速度； V 加緩蝕劑時的腐蝕速度六、 思考題1 為什么試樣浸泡前表面要經(jīng)過打磨？2 試樣浸泡深度對實(shí)驗結(jié)果有何影響？ 表1 試樣稱重結(jié)果記錄編號長（mm）寬（mm）厚（mm）孔徑（mm）面積（mm2）12345678 表2 試樣測試結(jié)果記錄組別腐蝕介質(zhì)編號腐蝕時間（h）試樣原重(g)腐蝕后重(g)失重(g)腐蝕速度(g/m2h)腐蝕深度(mm)緩蝕率(%)一12二34三56四78實(shí)驗5 線性極化法測定金屬的腐蝕速度一、目的1 掌握線性極化儀的使用方法。2 掌握幾種求塔菲爾常數(shù)的方法。3 了解線性

23、極化技術(shù)測定金屬腐蝕速度的原理。二、實(shí)驗原理 對于活化極化控制的腐蝕體系，當(dāng)自腐蝕電位Ecorr相距兩個局部反應(yīng)的平衡電位甚遠(yuǎn)時，極化電流ic外與電極電位E關(guān)系方程為： 對上式微分并經(jīng)數(shù)學(xué)處理，可得到：式中：Rp 極化阻力()； icorr 金屬的腐蝕電密（A/cm2)； ic外 極化電密(A/cm2)； Ecorr 金屬的腐蝕電位（V）； d 極化電位（V）； ba 、bc 陽、陰極塔菲爾常數(shù)（V） 則 此式為線性極化方程式。由此可知，腐蝕速度icorr與極化電阻Rp成反比，只要測得Rp和bc、ba后，就可求出金屬的腐蝕速度。 三、 儀器和藥品 線性極化儀、碳鋼電極、燒杯、電極架、砂紙等，

24、若?。ǘ徏妆交螂澹?、烏洛托品、丙酮、酒精棉、硫酸 四、 實(shí)驗步驟1 三電極體系準(zhǔn)備（1）焊接（2）打磨（3）計算面積（4）清洗2 CR-3型多功能腐蝕測量儀使用方法見附錄1。 3 實(shí)驗溶液配制 （1）0.5MH2SO4 800mL 0.5MH2SO4分別加0.2, 0.5, 0.6, 0.8,1 .0, 1.2g烏洛托品溶液。 （2）0.5M H2SO4 0.5MH2SO4+1mg (NH2)2CS (硫脲) 0.5MH2SO4+若丁 0.5MH2SO4+0.5%烏洛托品溶液。 4. 分別測定各電極電位，選擇電位差小于2mV的二個電極為工作電極和參比電極，另一電極為輔助電極。 5 加極化電

25、位5mV，記錄i5 或Rp 加極化電位10mV，記錄i10 或Rp 五、 結(jié)果處理 1 計算或作圖求出Rp 2 選用以下ba 、bc數(shù)據(jù)計算icorr 塔菲爾常數(shù)（20，mV） ba bc 0.5M H2SO4 54.4 112.1 0.5MH2SO4+1mg(NH2)2CS 91.1 121.2 0.5MH2SO4+若丁 76.3 157.4 0.5MH2SO4+0.5%烏洛托品溶液 96.0 132.0 3. 比較幾種緩蝕劑的緩蝕率。 六、思考題1 在什么條件下才能應(yīng)用線性極化方程式計算金屬腐蝕速度？2 確定塔菲爾常數(shù)的方法有那些？實(shí)驗6電位 pH圖的應(yīng)用一、 目的1 學(xué)會應(yīng)用電位 pH圖

26、。 2 了解鐵在0.1MNaHCO3溶液中的腐蝕情況，并對鐵在此條件下進(jìn)行陽極保護(hù)和陰極保護(hù)。 二、 原理 利用電位pH圖可直接判斷在給定條件下氧化反應(yīng)進(jìn)行的可能性或進(jìn)行反應(yīng)所必須的電位pH范圍。 鐵水體系的電位pH圖給出了鐵及其氧化物穩(wěn)定存在的平衡區(qū)域，也可用以估計鐵在不同pH水溶液中進(jìn)行陽極保護(hù)和陰極保護(hù)的條件。 如果對鐵進(jìn)行陽極極化，使其電位提高到鈍化區(qū)，該區(qū)處在Fe2O3的穩(wěn)定區(qū)，此種條件下鐵表面生成一層Fe2O3 膜，鐵由腐蝕狀態(tài)進(jìn)入鈍化態(tài)，使鐵的腐蝕速度大大減小而受到保護(hù)。如果對鐵進(jìn)行陰極極化，即將電位降到免蝕區(qū)，金屬鐵由腐蝕態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，使鐵的腐蝕停止而得到保護(hù)。三、

27、儀器和試劑 直流穩(wěn)壓電源 1臺 數(shù)字穩(wěn)壓表 1臺 毫安表 1個 極化池 2個 鉑金電極 2個 飽和甘汞電極 2個 鐵絲電極（=1.6mm,L=300mm） 8根 N2 ,O2 燒杯250300mL(細(xì)長的) 1個 NaHCO3(0.1M, pH=8.4) 2L H2SO4(1M) 無水乙醇棉，乳膠管，彈簧夾，吹風(fēng)機(jī)四、 實(shí)驗步驟1 制作電極將L=40cm, =1.6mm的鐵絲繞在=10mm金屬棒上，尾部留出4mm用于與外線路連接，抽出金屬棒后將鐵絲圈拉成14cm長的彈簧形狀。2 處理鐵絲電極 將鐵絲電極放入盛有1MH2SO4的細(xì)長燒杯中，待鐵絲表面鍍鋅層全部溶解后（氣泡析出量驟減）取出，用去離

28、子水沖洗2次，再用酒精棉擦凈待用。3 陽極腐蝕與保護(hù)（1）在兩個極化池中分別注入500mL0.1MNaHCO3(pH=8.4),將4根處理好的鐵絲電極編號并放入兩個極化池中，按圖2連接線路。向溶液中通N215min后即可測定自腐蝕電位。 圖2 實(shí)驗線路連接圖 （2）合上開關(guān)K、C，將電源電壓緩慢調(diào)至2.5V左右，觀察電流下降的情況和各電極的反應(yīng)現(xiàn)象（腐蝕產(chǎn)物顏色、氣體析出量等），并作記錄。待電流穩(wěn)定后（降至5mA）測定各電極的電位。 （3）用玻璃棒輕敲電極4，使其表面附著物脫落，然后斷開開關(guān)C，觀察各電極的反應(yīng)現(xiàn)象。15min后記下電流值并測定各電極的電極電位。 （4）斷開開關(guān)K,停止通N2

29、,取出電極，觀察并記錄各電極表面狀態(tài)。 （5）將測得各電極的電位值與電位pH圖比較，確定出各電極處于什么區(qū)域（免蝕區(qū)、腐蝕區(qū)、鈍化區(qū)）。 （6）解釋各電極的反應(yīng)現(xiàn)象，指出各電極的產(chǎn)物是什么？ 4 陰極腐蝕與保護(hù) （1）如前述，連接好實(shí)驗線路。向極化池1中通O2 ，極化池2處于自然狀態(tài)，15min后測定4個電極的自腐蝕電位。 （2）關(guān)閉開關(guān)K，開關(guān)C斷開，調(diào)節(jié)電源電壓（4.5V）,使極化池1中陰極的電極電位為-600mV(SCE), 觀察并記錄電流的變化情況和反應(yīng)現(xiàn)象，測定各電極的電極電位。 （3）彈掉電極1上的反應(yīng)產(chǎn)物，觀察并記錄各電極的反應(yīng)現(xiàn)象（注意腐蝕產(chǎn)物的顏色、溶液的顏色、氣體析出情況等

30、）。 （4）將測得各電極的電位值與電位pH圖比較，確定各電極處于什么區(qū)域。 （5）解釋實(shí)驗現(xiàn)象，指出各電極上的產(chǎn)物是什么？ 五、 思考題 1 根據(jù)電位pH圖，討論在實(shí)驗電位范圍內(nèi)有哪些電化學(xué)平衡反應(yīng)。 2. 討論各電極表面腐蝕產(chǎn)物及析出氣體是什么？ 3. 討論如何對NaHCO3(pH=8.4)中的鐵進(jìn)行陽極保護(hù)和陰極保護(hù)。實(shí)驗7動電位掃描法測定金屬的陽極極化曲線一、 目的了解動電位掃描法測定陽極極化曲線的方法。二、 原理 在測量陽極極化曲線時，動電位掃描法是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)方法，利用線性掃描電壓信號控制恒電位儀的給定自變量，使其按照預(yù)定的程序以規(guī)定的速度連續(xù)線性變化，記錄相應(yīng)的信號，自動繪制極化曲線，即

31、電位-電流關(guān)系曲線。三、 儀器與用品環(huán)氧樹脂、銅絲、塑料管、砂紙、430不銹鋼、試樣、鉑電極、甘汞電極、電解池、N2 、恒溫水浴鍋、恒電位儀、電位掃描儀、對數(shù)轉(zhuǎn)換儀、x-y函數(shù)記錄儀四、 實(shí)驗步驟 樣品制備(1)將10m2的試樣四周用300#600#砂紙打磨光滑。(2) 將銅絲剪成適當(dāng)長度，一端砸平，焊在試樣上，用酒精棉、丙酮擦洗凈并套上塑料管。 (3) 向環(huán)氧樹脂中加入7%乙二胺（W/W），調(diào)勻后鑲在試樣上。24h凝固后可用 。 2 作標(biāo)準(zhǔn)極化曲線 （1）將上述制備的樣品工作面用300#600#砂紙打磨光滑。 （2）配置1000mL0.5MH2SO4溶液。 （3）將配置好的溶液倒入極化池中，

32、通N2除氧30min，溫度為30左右。 （4）將工作電極、輔助電極、參比電極安裝好放入電解池，穩(wěn)定20min。 （5）按圖連線，檢查無誤后，打開各儀器電源，將恒電位儀置“參比”測量試樣的自腐蝕電位Ecorr ,由電位掃描儀將電位預(yù)置到-0.5V,以10mV/min速度進(jìn)行陽極極化，直到1.6V為止。將所測得的曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線相對照。 五、 思考題 1.影響測量陽極極化曲線的因素有哪些？圖3極化曲線自動測量連線圖實(shí)驗8電偶腐蝕速度的測定一、 目的 1 掌握電偶腐蝕測試原理，了解不同金屬或合金接觸時組成的電偶對在介質(zhì)中的電位序。2 了解在電偶腐蝕中陰、陽極面積比、溶液狀態(tài)、pH值對腐蝕電流的影響。3

33、 學(xué)會使用零阻電流表測定電偶電流的方法。二、 原理電偶法是快速測定金屬腐蝕的方法。當(dāng)兩種不同金屬在電解質(zhì)中相接觸時，由于其腐蝕電位差異，形成電偶對，原腐蝕電位較負(fù)的金屬成為電偶對的陽極而腐蝕速度增大，導(dǎo)致異金屬接觸處陽極金屬側(cè)局部腐蝕。利用零電阻電流表，可測量浸入電解質(zhì)中異金屬電極之間流過的電流，此即該電偶對的電偶電流。根據(jù)電偶電流數(shù)值，可判斷金屬耐接觸腐蝕性能。在此簡介電偶電流與電偶對中陽極金屬溶解電流及與陰/陽極面積比之間的關(guān)系。 活化極化控制體系：電偶電流Ig可表示為電偶電位Eg處電偶對陽極金屬上局部陽極電流Ia與局部陰極電流Ic之差： Ig = Ia(Eg) -Ic(Eg)通過推導(dǎo)可寫

34、成：式中：Ia 電偶對中陽極金屬的真實(shí)溶解電流； Ecorr 、Icorr 分別為該金屬的自腐蝕電位和自腐蝕電流； bc 該金屬的陰極塔菲爾常數(shù)。對上式可考慮兩種情況： （1）Eg Ecorr ,即形成電偶對后陽極極化很大，IgIa ,此時電偶電流等于電偶對中陽極金屬的溶解電流。 （2）Eg Ecorr , 即形成電偶對后陽極極化很小，則Ig=Ia-Icorr ,此時電偶電流等于電偶對中陽極金屬的溶解電流的增加量。 2 擴(kuò)散控制體系：若電偶對中陽極金屬的腐蝕速度受氧化劑向金屬表面的擴(kuò)散速度所控制，且陰極金屬僅起陽電極作用，此時電偶對中陽極金屬的腐蝕電密等于陰極擴(kuò)散電密， ia =iL由此可得電

35、偶對中陽極金屬的溶解電密ia 相對于陽極的電偶電流密度IgA與陰/陽極面積比的關(guān)系為：式中：Sa 電偶對中陽極金屬的面積； Sc 電偶對中陰極金屬的面積。 測量電偶電流不能用普通的安培表，要采用零電阻安培表的測試技術(shù)。目前已用晶體管運(yùn)算放大器制作零阻安培表，也可利用零阻安培表的結(jié)構(gòu)原理，將恒電位儀改接成測量電偶電流的儀器。 三、 儀器及用品 電偶腐蝕計 磁力攪拌器 鐵（A3鋼）電極 Cu電極、Zn電極、Al電極、Pt電極 燒杯 1000mL 量筒 1000mL 、5mL 有機(jī)玻璃支架 NaCl, HCl, NaOH, pH試紙，砂紙，無水乙醇棉，封蠟，毛筆等 四、 實(shí)驗步驟 1 將各電極用水砂

36、紙打磨，無水乙醇去油，用封蠟涂封留下所需面積放入干燥器中待用。2 配制3%NaCl溶液，連接儀器線路。 3 測各電極在3%NaCl溶液中自腐蝕電位，相對Pt甘汞電極，各電極面積相等。 4 測定在3%NaCl溶液中下列電偶對的電位差及電偶電流： Fe-Cu, Fe-Zn, Fe-Al, Al-Cu ,Al-Zn, Zn-Cu 5. 待電極的自腐蝕電位趨于穩(wěn)定后測定各電偶對的電偶電流Ig隨時間的變化情況直到電流比較穩(wěn)定時為止。記錄偶合電極相對于Pt電極的電位（最初幾分鐘，Ig 隨時間變化較快，每0.5min或1min記錄一次Ig 值，以后可以增大時間間隔）。 6 改變Fe-Pt電偶對的陰/陽極面積

37、比，測電偶電流：（1）陰、陽極面積相等 （2）陰/陽極面積比為10:1（減小陽極面積）（3）陰/陽極面積比為1:10（減小陰極面積） 7 測Fe-Pt電偶對不同攪拌速度的電偶電流。靜態(tài)、慢速、中速、快速。 8 不同pH值時測電偶電流：（1）加1mLHCl使溶液pH降至3。（2）加0.5gNaOH使pH升至10。 五、 結(jié)果處理1 將所有測量數(shù)據(jù)記錄成表。2 在同一張直角坐標(biāo)紙上繪制出各組電偶電流Ig 對時間的關(guān)系曲線。 3 根據(jù)所測數(shù)據(jù)計算Fe-Pt電偶對中不同面積比、不同pH值、不同攪拌速度時Fe的腐蝕速度（陰極過程為擴(kuò)散控制）。六、 思考題1 在擴(kuò)散控制情況下，陰、陽極面積變化對電偶電流有

38、何影響？ 2 在什么條件下電偶電流等于自腐蝕電流？實(shí)驗9閉塞電池腐蝕模擬實(shí)驗 一、 目的 加深對孔蝕、縫隙腐蝕及SCC等局部腐蝕發(fā)展過程機(jī)理的理解。 二、 原理對于孔蝕，孔內(nèi)金屬表面處于活化態(tài)，電位較負(fù)，孔外金屬表面處于鈍化態(tài)，電位較正。于是孔內(nèi)、外構(gòu)成一個活態(tài)-鈍態(tài)的微電偶腐蝕電池?？變?nèi)反應(yīng)為： M M n+ ne 孔外反應(yīng)為： O2 + 2H2O + 4e 4OH-二次腐蝕產(chǎn)物M(OH)n在孔口生成，無多大保護(hù)作用。孔內(nèi)介質(zhì)相對于孔外介質(zhì)呈滯留狀態(tài)，M n+不易向外擴(kuò)散，O2也不易擴(kuò)散進(jìn)去。由于孔內(nèi)M n+濃度增加，Cl-遷入以維持電中性，孔內(nèi)形成了MCln的濃溶液，又由于MCln的水解，

39、使孔內(nèi)H+濃度增加，pH值降低，加快金屬陽極溶解速度。這就是自催化過程。基于上述原理，采用外加極化的方法，在一帶有小空的管壯玻璃筒內(nèi)插入金屬鋁片，鋁片與外電路陽極相接，小孔用瓷質(zhì)隔膜或半透膜與筒外溶液隔離，筒外插入大面積鋁片，鋁片與外電路陰極相接，通過強(qiáng)制極化來模擬閉塞腐蝕電池的腐蝕過程。三、 實(shí)驗步驟1 配制5%（W/W）的NaCl溶液，將鋁試片用金相砂紙打磨后用乙醇、丙酮擦洗干凈備用。 2 實(shí)驗裝置及與恒電位儀的連接見附錄“PS1型恒電位/恒電流儀的使用方法”。 3 測定極化前孔內(nèi)外pH值及鋁片的自腐蝕電位（甘汞電極插入玻璃筒后應(yīng)去掉其上部的橡皮塞）。 4 采用恒電流法以電流密度為1mA/

40、cm2陽極電極極化2h，每隔20min記錄一次電極電位值以及測定一次孔內(nèi)外的pH值，同時觀察筒內(nèi)外溶液狀態(tài)的變化。具體步驟為： （1）測量出研究電極面積，以此計算出極化時所需電流強(qiáng)度。 （2）檢查實(shí)驗裝置及線路連接無誤后，將恒電位儀的“工作選擇”開關(guān)置于“恒電流”擋，“電流量程”開關(guān)置于“最小”擋，即100A擋，將“電源開關(guān)”先置于“自然”，待測定自腐蝕電位后，再置于“極化位置”。調(diào)節(jié)恒電流粗、細(xì)旋鈕，使電流表指針指在零點(diǎn)。再根據(jù)實(shí)驗所需電流強(qiáng)度值將“電流量程”開關(guān)置于相應(yīng)數(shù)值擋。調(diào)節(jié)恒電流粗、細(xì)旋鈕，使電流表指針指在所需值位置上（電流表零點(diǎn)右邊為陽極電流，左邊為陰極電流）。 5. 停止極化，

41、15min后測定實(shí)驗后鋁片的自腐蝕電位，然后取出鋁片，分別觀察陰、陽極的表面狀況。 四、 結(jié)果處理 1 將極化后孔內(nèi)、外的pH值變化及研究電極電位隨時間的變化列表。 2 比較上述實(shí)驗結(jié)果并討論之。 五、 思考題 1 實(shí)驗中，研究電極電位發(fā)生變化，且極化前后自腐蝕電位不同，為什么？ 2 實(shí)驗中，筒內(nèi)pH值開始迅速下降，一定時間后幾乎不再發(fā)生變化，為什么？ 演示實(shí)驗部分實(shí)驗1 腐蝕原電池 一、 目的 1 了解腐蝕原電池的結(jié)構(gòu)和作用及原電池工作過程中的電極反應(yīng)。 2 觀察析H2腐蝕現(xiàn)象，觀察微電池腐蝕與宏電池腐蝕的異同。 3 不同金屬相接觸，由于構(gòu)成電偶對，使陽極金屬加速腐蝕，陰極金屬得到保護(hù)。 二

42、、 實(shí)驗物品 工業(yè)鋅片、銅片或鉑片，0.2MHCl, 玻璃皿，丙酮棉，鑷子，砂紙等。 三、 實(shí)驗步驟及現(xiàn)象 1 用砂紙打磨試樣，丙酮棉擦凈去油。 2 將鋅片和銅片或鉑片分別放入盛有HCl的玻璃皿中，互不接觸，觀察到在鋅片上有不少氣泡從表面逸出。而銅片或鉑片上無氣泡逸出。 3 將鋅片與銅片或鉑片相接觸，觀察到有大量H2氣泡從銅片或鉑片表面逸出，而鋅片表面的氣泡相對減少，并有黑色物質(zhì)從鋅片表面析出。 四、 現(xiàn)象分析與結(jié)論 1 鋅片在HCl中受腐蝕，構(gòu)成腐蝕電池，陽極是工業(yè)鋅片中大量的金屬鋅，在鋅上發(fā)生氧化反應(yīng)： Zn Zn2+ + 2eZn溶于HCl中。而陰極是工業(yè)鋅片上的雜質(zhì)如Cu、Fe、Fe7

43、Zn等，陰極反應(yīng)為： 2H+ + 2e H2由于鋅片上的陰極性雜質(zhì)的分布是隨機(jī)的，且顆粒很小，肉眼無法辨別陰、陽極位置，它們可能瞬時發(fā)生變化，表現(xiàn)出整個鋅片上都有H2氣泡逸出。結(jié)果導(dǎo)致鋅片全面腐蝕。又稱之為微電池腐蝕。2 鋅片和鉑片相接觸時，由鋅片和鉑片共同組成腐蝕宏電池。整個鋅片為陽極，鉑片為陰極，鋅片上發(fā)生陽極反應(yīng)： Zn Zn2+ + 2e鉑片上發(fā)生陰極反應(yīng)： 2H+ + 2e H2同時，鋅片上的微電池腐蝕反應(yīng)仍繼續(xù)發(fā)生。故鋅片既受自身的微電池腐蝕，又加上鋅-鉑組成的宏電池的腐蝕，所以鋅片的腐蝕加劇。 從以上現(xiàn)象看不僅在鋅片上有少量H2氣泡逸出，鉑片上也有大量H2氣泡逸出。生成H2氣泡的

44、量增多說明鋅片腐蝕的量增加。結(jié)論是與電位較高的金屬相接觸，電位較低的金屬腐蝕加劇。 3 組成腐蝕原電池需要以下幾個要素： （1）陽極和陽極反應(yīng)； （2）陰極和陰極反應(yīng)； （3）電解質(zhì)溶液中存在能夠吸收電子的氧化劑； （4）存在電子通道，使陽極反應(yīng)生成的電子能夠流暢流向陰極。 以上幾個要素缺一不可。某一環(huán)節(jié)受阻就會使腐蝕原電池停止工作。 4 酸性溶液中，金屬主要遭受析氫腐蝕。 五、 思考題 1 原電池與電解池的區(qū)別是什么？ 2 微電池與宏電池的區(qū)別是什么？實(shí)驗2 原電池的極化 一、 目的 了解有電流通過電池時，電極電位發(fā)生變化，陽極電位變正，陰極電位變負(fù)。結(jié)果使電池的電位差減小。在電池的電阻不變

45、時，使通過電池的電流減小，這種現(xiàn)象叫電池的極化。腐蝕原電池發(fā)生極化時，使腐蝕電流減小。人們利用電池的極化特性，盡量加大極化，達(dá)到降低腐蝕電流的目的。 若極化前后電池的電阻不變，則有極化后腐蝕電流減小。即 二、 實(shí)驗物品 Cu片試樣，Zn片試樣，3.5%NaCl溶液。 導(dǎo)線，開關(guān)，指針式萬用表 燒杯等 三、 實(shí)驗步驟及現(xiàn)象 1 用砂紙打磨好Zn電極和Cu電極。 2 將Zn電極和Cu電極分別插入溶液中，用導(dǎo)線接通電流表。同時觀察電流表指針的變化。接通電路的瞬間，回路中電流有一最大值，很快電流變小并穩(wěn)定在一個定值。最大值與穩(wěn)定值的電流之差可以是幾倍乃至幾十倍。 四、 現(xiàn)象分析與結(jié)論 1 剛接通回路的瞬間，即電極還未極化時，通過電池的電流為：電流表指針偏離較大。由于電流Ii=0流過電池使陰陽極分別產(chǎn)生極化，陽極電位升高，陰極電位降低。結(jié)果使電池電動勢減小為Ei=i ,此時通過電池的電流降為：小于原來的 Ii=0 。 2 電池極化后電流減小到一個穩(wěn)定值。該電流就是該腐蝕電池的腐蝕速度的度量，它是以溶解金屬鋅放出電子