极化曲线实验报告

腐蚀金属电极稳态极化曲线测量和数据处理

一、实验目的：

1、掌握恒电位测定极化曲线的原理和方法

2、巩固金属极化理论，确定金属实施阳极保护的可能性。初步了解阳极保护参数及其确

定方法。

3、了解恒电位仪器及相关电化学仪器的使用。

4、测定铁在酸性介质中的极化曲线，求算自腐蚀电位、自腐蚀电流、掌握线性扫描伏安法和TAFEL方法测定极化曲线。

实验原理

铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2，即：

Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 (a)

Fe／HCl体系是-个二重电极，即在Fe／H+界面上同时进行两个电极反应：Fe Fe2+ + 2e (b)

2H+ + 2e H2 (c)

反应(b)、(c)称为共轭反应。正是由于反应(c)存在，反应(b)才能不断进行，这就是铁在酸性介质中腐蚀的主要原因。

当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。在稳定状态下，铁溶解的阳极电流I(Fe)和H＋还原出H2的阴极电流I(H)，它们在数值上相等但符号相反，即：

(1)

IFe的大小反映Fe在H+中的溶解速率，而维持I(Fe)，I(H)相等时的电势称为Fe／H+体系的自腐蚀电势εcor。

图12－1 Fe的极化曲线

图12－1是Fe在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。当对电极进行阳极极化(即加更大正电势)时，反应(c)被抑制，反应(b)加快。此时，电化学过程以Fe的溶解为主要倾向。通过测定对应的极化电势和极化电流，就可得到Fe／H+体系的阳极极化曲线rba。。由于反应(c)是由迁越步骤所控制，所以符合塔菲尔(Tafel)半对数关系，即：

(2)

直线的斜率为bFe。

当对电极进行阴极极化，即加更负的电势时，反应(b)被抑制，电化学过程以反应(c)为主要倾向。同理，可获得阴极极化曲线rdc。由于H＋在Fe电极上还原出H2的过程也是由迁越步骤所控制，故阴极极化曲线也符合塔菲尔关系，即：

(3)

当把阳极极化曲线abr的直线部分ab和阴极极化曲线cdr的直线部分cd 外延，理论上应交于一点(z)，z点的纵坐标就是，腐蚀电流Icor的对数，而z 点的横坐标则表示自腐蚀电势εcor的大小。

恒电势方法和恒电流方法的简单线路如图12-3所示：

(a)恒电势法(b)恒电流法

图12－3 恒电势和恒电流测量原理

Ba--低压稳压电源；Bb--稳压电源; Ra--低电阻; Rb--高电阻 A--精密电流表

V--高阻抗毫伏计； L--鲁金毛细管；W--工作电极；C--辅助电极； r --参考电极；

三、仪器药品

仪器:电化学分析仪，电解池、辅助电极．铂电极、带盐桥的饱和甘汞电极、工作电极碳钢

药品：粒度为400、600号砂纸。

实验溶液：（1）1mol/L的HCl溶液，中性水溶液；蒸馏水;

四、实验步骤

1．仪器装置及电极处理

采用三室电解池。辅助电极室和工作电极室之间采用玻璃砂隔板。工作电极为铁电极，与铂电极相对，工作电极的结构见5所示。

工作电极先后用400/600粒度的砂纸抛光，水冲洗干净，将电极固定在电极杆上，擦拭干净后待用。

图12－4 恒电势法测定极化曲线装置图图12－5 工作电极

1. 饱和甘汞电极；

2. Fe工作电极

3. 铂片辅助电极；4&5. 玻璃沙隔板

2. 线性扫描伏安法测量铁的极化曲线

在工作站中选择线性扫描伏安法(Linear Sweep Voltammetry)，设置电位范围为－0.5V ～＋0.8V ，扫描速率为3mV/s，，可由仪器自动获得整个的极化曲线。所采用的扫描速率（即电势变化的速率）需要根据研究体系的性质选定。一般来讲，电极表面建立稳态的速率越慢，扫描速率就应越慢。

按顺序依次测定第（1）、（2）组溶液体系下的极化曲线。

测完之后，应使仪器复原，清洗电极，记录室温。

五、数据处理

1. 由ORIGIN画图，由二条切线的交点z求εco、Icor、jcor (mA／cm2)。并分别求出斜率bH和bFe。

注：自腐蚀电流密度jcor与自腐蚀速率的换算关系如下

，

式中u为腐蚀速率（g/m2·h），jcor为自腐蚀电流密度，M为金属的摩尔质量（g/mol），n为金属的原子价

2. 由极化曲线求钝化电势εp、钝化电流Ip和钝化电流密度ip。

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

-5

-4-3-2

-1

C-D

A-B l o g i

Potential/V

A-B

Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * X

Parameter Value Error

------------------------------------------------------------

A -4.72304 --

B -4.01949 --

------------------------------------------------------------

R SD N P

------------------------------------------------------------

-1 0 2 <0.0001

------------------------------------------------------------

交点（-0.476708464，-2.80900673） [C-D

Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * X

Parameter Value Error

------------------------------------------------------------

A 0.21759 --

B 6.30474 --

------------------------------------------------------------

R SD N P

------------------------------------------------------------

1 0

2 <0.0001

------------------------------------------------------------

缓蚀剂浓度(mg/L) 1mol/L 缓蚀

率

腐蚀电流icorr (A/cm 2)

0.001552362

塔菲尔斜率ba (V) 6.30474 塔菲尔斜率bc (V) -4.01949 自然电位Eocp (V)

-0.508