金属腐蚀与防护实验.doc

金属腐蚀与防护实验 实验部分实验1 腐蚀试样的制备 电化学试样的制备 2实验2 恒电位法测定阳极极化曲线 3实验3 塔菲尔直线外推法测定金属的腐蚀速度 5实验4 失重法测定金属的腐蚀速度 7实验5 线性极化法测定金属的腐蚀速度 10实验6 电位-pH图的应用 12实验7 动电位扫描法测定金属的阳极极化曲线 14实验8 电偶腐蚀速度的测定 15实验9 闭塞电池腐蚀模拟实验 17演示实验部分实验1 腐蚀原电池 18实验2 原电池的极化 19实验3 钢在硝酸中的钝化 20实验4 缓蚀剂的缓蚀效果 21实验5 阴极保护 牺牲阳极法 22附录1 CR-3型多功能腐蚀测量仪的使用方法 23附录2 PS-1型恒电位/恒电流仪的使用方法 26综合实验部分锈蚀碳钢磷化及磷化膜性能检验试验 • .30附录一 .34附录二 .42附录三 .45附录四 .46实验部分实验 1 腐蚀试样的制备 电化学试样的制备一、 目的学会一种用树脂镶制电化学实验用的金属试样的简易方法和焊接金属样品的方法二、 材料和药品金属试样具有塑料绝缘外套的铜管塑料套圈金属砂纸电烙铁焊油焊锡丝玻璃板玻璃棒烧杯托盘天平乙二胺环氧树脂三、 实验步骤1． 焊接金属样品 将金属试样的所有面金属都用砂纸打磨光亮，用水冲洗干净后待用。

2． 给电烙铁通电加热，待电烙铁尖端呈红色时，蘸少许焊油且接触焊锡丝待焊锡丝熔 化后，将带塑料套圈的铜杆焊在金属试样上3． 将锯好的 5mm 厚的塑料套圈打磨平整待用4. 称取100g环氧树脂于烧杯中，再称取 5〜8g固化剂乙二胺也倒入该烧杯中，用玻璃 棒搅拌10min，然后把塑料圈放在光滑的玻璃板上，将金属试样放在塑料圈内中央部分5. 把配制好的环氧树脂倒入摆好金属试样的塑料圈内6. 24h 固化好金属试样可以进行磨制、抛光四、 注意事项1. 焊接金属试样时， 因电烙铁尖端部位的温度最高， 要用尖端部位进行焊接 焊接时， 要先在金属试样上焊上点焊锡丝，再将铜杆尖端也焊上些锡丝，然后把 2 个锡点进行焊接，这样，即容易焊上又容易焊牢2. 不要触摸电烙铁及金属部分，以免烫伤实验 2 恒电位法测定阳极极化曲线一、 目的1. 了解金属活化、钝化转变过程及金属钝化在研究腐蚀与防护中的作用2. 熟悉恒电位测定极化曲线的方法3. 通过阳极极化曲线的测定，学会选取阳极保护的技术参数二、 基本原理测定金属腐蚀速度、 判断添加剂的作用机理、 评选缓蚀剂、 研究金属的钝态和钝态破坏及电 化学保护，都需测量极化曲线。

测量腐蚀体系的极化曲线， 实际就是测量在外加电流作用下， 金属在腐蚀介质中的电极电位 与外加电流密度（以下简称电密）之间的关系阳极电位和电流的关系曲线称为阳极极化曲线 为了判断金属在电解质溶液中采用阳极保护 的可能性，选择阳极保护的三个主要技术参数 --致钝电密、维钝电密和钝化电位（钝化区 电位范围）必须测定阳极极化曲线测量极化曲线的方法可以采用恒电位和恒电流两种不同方法 以电密为自变量测量极化曲线的方法叫恒电流法，以电位为自变量的测量方法叫恒电位法一般情况下，若电极电位是电密的单值函数时，恒电流法和恒电位法测得的结果是一致的 但是如果某种金属在阳极极化过程中，电极表面壮态发生变化，具有活化 /钝化变化，那么 该金属的阳极过程只能用恒电位法才能将其历程全部揭示出来， 这时若采用恒电流法， 则阳 极过程某些部分将被掩盖，而得不到完整的阳极极化曲线在许多情况下， 一条完整的极化曲线中与一个电密相对应可以有几个电极电位 例如， 对于 具有活化 / 钝化行为的金属在腐蚀体系中的阳极极化曲线是很典型的 由阳极极化曲线可知，在一定的电位范围内，金属存在活化区、 钝化过渡区、钝化区和过钝化区， 还可知金属的自 腐蚀电位(稳定电位) 、致钝电密、维钝电密和维钝电位范围。

用恒电流法测量时， 由自腐蚀电位点开始逐渐增加电密， 当达到致钝电密点时金属开始 钝化，由于人为控制电密恒定，故电极电位突然增加到很正的数值(到达过钝化区) ，跳过 钝化区，当再增加电密时，所测得的曲线在过钝化区因此， 用恒电流法测不出金属进入钝 化区的真实情况，而是从活化区跃入过钝化区碳钢在 NH4HCO3-NH4OH 中就是在阳极极化过程中由活化态转入钝态的 用恒电位法测定其阳极极化曲线，正是基于碳钢在 NH4HCO3-NH4OH 体系中有活化 /钝化转变这一现象，并可对设备进行阳极保护三、 仪器及用品 恒电位仪 极化池 饱和甘汞电极 铂金电极 A3 钢电极 粗天平 量筒 1000mL； 100 mL 烧杯 1000 mL 温度计 电炉 NH4HCO3 及 NH3?H2O, 无水乙醇棉，水砂纸四、 实验步骤1． 溶液的配制(1) 烧杯内放入700 mL去离子水，在电炉上加热到 40C左右，放入160g NH4HCO3 , 搅拌均匀，然后加入 65 mL 浓 NH3?H2O 2)将配制好的溶液注入极化池中2． 操作步骤( 1 )用水砂纸打磨工作电极表面，并用无水乙醇棉擦试干净待用2) 将辅助电极和研究电极放入极化池中，甘汞电极浸入饱和 KCl 溶液中，用盐桥连接二者，盐桥鲁金毛细管尖端距离研究电极 1〜2mm左右。

按图1连接好线路并进行测量3) 测A3钢在NH4HCO3-NH4OH体系中的自腐蚀电位约为 -0.85V稳定15min，若电位 偏正，可先用很小的阴极电流( 50 A/cm2左右)活化1〜2min再测定图 1 恒电位极化曲线测量装置1 盐桥； 2 辅助电极； 3 研究电极； 4 参比电极；极化池（ 4）调节恒电位（从自腐蚀电位开始）进行阳极极化，每隔 2min 增加 50mV ，并分别读取不同电位下相应的电流值，当电极电位达到 +1.2V 左右时即可停止试验五、 结果及数据处理1． 求出各点的电密，添入自己设计的表格2． 在半对数坐标纸上用所得数据作 E—lgi 曲线3. 指出碳钢在 NH4HCO3-NH4OH中进行阳极保护的三个基本参数六、 思考题1． 阳极极化曲线对实施阳极保护有何指导意义？2． 极化曲线测量对研究电极、辅助电极、参比电极和盐桥的要求是什么？实验 3 塔菲尔直线外推法测定金属的腐蚀速度一、 目的1． 掌握塔菲尔直线外推法测定金属腐蚀速度的原理和方法2. 测定低碳钢在1MHAc+1MNaCI混合溶液中腐蚀电密ic、阳极塔菲尔斜率 ba和阴 极塔菲尔斜率 bc 3． 对活化极化控制的电化学腐蚀体系在强极化区的塔菲尔关系加深理解。

4. 学习用恒电流法绘制极化曲线二、 实验原理 金属在电解质溶液中腐蚀时，金属上同时进行着两个或多个电化学反应例如铁在酸性介质中腐蚀时，Fe上同时发生反应：Fe t Fe2+ +2e2H+ +2e t H2在无外加电流通过时，电极上无净电荷积累，即氧化反应速度 ia 等于还原反应速度 ic ,并且等于自腐蚀电流 Icorr ,与此对应的电位是自腐蚀电位 Ecorrr 如果有外加电流通过时，例如在阳极极化时，电极电位向正向移动，其结果加速了氧化 反应速度 ia 而拟制了还原反应速度 ic ,此时，金属上通过的阳极性电流应是：Ia = ia -|ic| = ia + ic同理，阴极极化时，金属上通过的阴极性电流 Ic也有类似关系Ic = -|ic| + ia = ic + ia从电化学反应速度理论可知，当局部阴、 阳极反应均受活化极化控制时， 过电位（极化电位）n与电密的关系为：ia =icorrepx(2.3n /ba)ic = - icorrexp(-2.3 n/bc)所以 Ia =icorr[exp(2.3n -/beax)p(-2.3 n /bc)]Ic = -icorr[exp（-2.3 n /bc）exp（2.3 n /ba）当金属的极化处于强极化区时，阳极性电流中的 ic和阴极性电流中的ic都可忽略，于是得到：Ia =icorrexp(2.3 n /ba)Ic =-icorrexp(-2.3 n /bc)或写成：n =balgicoor+balgian =bclgicorr+bclgic可以看出，在强极化区内若将 n对Igi作图，则可以得到直线关系［见《热力设备腐蚀与腐蚀》 p257Fig.14—12（a） ］。

该直线称为塔菲尔直线将两条塔菲尔直线外延后相交，交点表明金属阳极溶解速度 ia与阴极反应（析H2）速度ic相等，金属腐蚀速度达到相对稳定，所对应的电密就是金属的腐蚀电密实验时，对腐蚀体系进行强极化（极化电位一般在 100〜250mV之间），则可得到 E-gi的关系曲线把塔菲尔直线外延至腐蚀电位 lgi 坐标上与交点对应的值为 lgic ,由此可算出 腐蚀电密 icorr 由塔菲尔直线分别求出 ba 和 bc 影响测量结果的因素如下：（ 1 ）体系中由于浓差极化的干扰或其他外来干扰；（ 2）体系中存在一个以上的氧化还原过程 （塔菲尔直线通常会变形） 故在测量为了能获得 较为准确的结果，塔菲尔直线段必须延伸至少一个数量级以上的电流范围三、 仪器和用品恒电位仪数字电压表磁力搅拌器极化池铂金电极（辅助电极）饱和甘汞电极A3 钢电极（研究电极） ，工作面积 1cm2Zn 电极（研究电极）粗天平秒表量筒 1000mL, 50mL烧杯 2000mL， 1000mLHAc , NaCl，无水乙醇棉，水砂纸介质为 1MHAc+1MNaCl 混合溶液四、 实验步骤1． 配制 1MHAc+1MNaCl 溶液2． 将工作电极用水砂纸打磨，用无水乙醇棉擦洗表面去油待用。

3． 将研究电极、参比电极、辅助电极、盐桥装入盛有电解质的极化池，盐桥毛细管尖 端距研究电极表面距离可控制为毛细管尖端直径的两倍4． 按附录 2“P-1S 型恒电位 /恒电流仪使用方法 ”连接好线路进行测量5． 测量时，先测量阴极极化曲线，然后测量阳极极化曲线6． 开动磁力搅拌器，旋转速度为中速，进行极化测量7． 先记下 i = 0 时的电极电位值，这是曲线上的第一个点，先进行阴极极化分别以相隔 10s 的间隔调节极化电流为 -0.5、-1、-2、-3、-4、-5、-10、-20、-30、-40、-50、-60mA， 并记录对应的电极电位值， 迅速将极化电流调为零， 待电位稳定后进行阳极极化 此时应分 别调节极化电流为 0.5、1 、2、3、 4、5、 1 0、20、30、40mA ，并记录对应的电极电位值 应注意，极化电流改变时，调节时间应快，一般在 5 秒之内完成，实验结束后将仪器复原五、 结果处理1 ． 将实验数据绘在半对数坐标纸上2． 根据阴极极化曲线的塔菲尔线性段外延求出锌和碳钢的腐蚀电流，并比较它们的腐蚀速度3. 分别求出腐蚀电密ic、阴极塔菲尔斜率 be和阳极塔菲尔斜率 ba。

六． 思考题1． 从理论上讲，阴极和阳极的塔菲尔线延伸至腐蚀电位应交于一点，实际测量的结果 如何？为什么？3． 如果两条曲线的延伸线不交于一点，应如何确定腐蚀电密？实验 4 失质法测定金属的腐蚀速度一、 目的1． 掌握某些因素如介质及其浓度、缓蚀剂等对。