电化学实验

第一章不锈钢腐蚀行为及影响因素的综合评价

实验一、不锈钢在0.25mol/ L H2SO4中钝化曲线的测量及耐腐蚀能力的评价

(一）实验目的

1）掌握电化学工作站原理和使用方法。

2）掌握线性扫描伏安法的应用。

3）掌握不锈钢阳极钝化曲线的测量。

（二）实验原理

应用控电位线性极化扫描伏安法测定不锈钢在腐蚀介质中的阳极钝化曲线，是评价钝态金属耐腐蚀能力的常规方法。给被测量的不锈钢施加一个阳极方向的线性变化电势，测量电流随电势变化的函数关系i=f(φ),可得如图1的曲线。

图1不锈钢的阳极钝化曲线

由图1可见，整个曲线分为4个区，AB段为活性溶解区，在此区不锈钢阳极溶解电流随电势的正移增大，一般服从半对数关系。随不锈钢的溶解，腐蚀物的生成在不锈钢表面形成保护膜。BC段为过渡区。电势和电流出现负斜率的关系，即随着保护膜的形成不锈钢的阳极溶解电流急速下降。CD段为钝化区。在此区不锈钢处于稳定的钝化状态，电流随电位的变化很小。DE段为超钝化区。此时不锈钢的阳极溶解重新随电势的正移而增大，不锈钢在介质中形成更高价的可溶性的氧化物或氧的析出。钝化曲线给出几个特征的电势和电流为评价不锈钢在腐蚀介质中的耐蚀行为提供了重要的实验参数。

图1中Φp为致钝电势。Φp越负，不锈钢越容易进入钝化区。ΦF称为flad电势，是不锈钢由钝态转入活化态的电势。ΦF越负表明不锈钢越不容易由钝化转入活化。ΦD称为点蚀电势，ΦD越正表明不锈钢的钝化膜越不容易破裂。Φp’~ΦD称为钝化范围，Φp’~ΦD电势范围越宽，表明不锈钢的钝化能力越强。图中的两个特征的电流——致钝电流i p和维钝电流i p’也为我们评价不锈钢耐蚀行为提供了参数。

（三）实验仪器与试剂

1.仪器

1）电化学工作站

2．试剂

1）0.25mol/L H2SO4。

2）430不锈钢、304不锈钢。

（四）实验步骤

1）电解槽系统的装置。

2）电极的前处理。

3）电位扫描速率、范围、灵敏度的选择。

4）430不锈钢在0.25mol/L H2SO4中阳极钝化曲线的测量。

5）304不锈钢在0.25mol/L H2SO4中阳极钝化曲线的测量。

6）整理实验数据。

（五）注意事项

1）认真做好测量电极的前处理。

（六）数据记录与处理

将数据填入表1中。

表1 数据记录表

430不锈钢304不锈钢

致钝电流i P/mA

维钝电流I’P/mA

钝化区E’P-D/mV

点蚀电位E’ D/mV

（七）思考题

1）试讨论不锈钢的钝化极曲线给出了哪些电位、电流参数可供评价不锈钢所在介质中的耐腐蚀能力。

2）被测的不锈钢中哪个型号的不锈钢在0.25mol/LH2SO4中耐蚀性能较好？为什么？

实验二、线性极化法分析腐蚀介质对不锈钢腐蚀速率的影响

（一）实验目的

1）掌握线性极化法的基本原理和基本公式。

2）学习使用线性极化法测量不锈钢在不同介质中的极化阻力Rp值。

3）从不锈钢在不同介质中的Rp值分析介质对不锈钢腐蚀速率的影响。

（二）实验原理

不锈钢在特定介质中的腐蚀速率是评价不锈钢的耐蚀能力的主要参数。腐蚀介质（成分、浓度）对不锈钢耐腐蚀能力有重要的影响。常规的质量法，测量时间冗长，步骤复杂。线性极化法以其灵敏、快速、方便成为测量不锈钢在其所在腐蚀介质腐蚀速率的常用方法。线性极化法的原理是依据在电极的自腐蚀电位附近（±10mV）加极化电流，电极电位的变化△E 和外加电流△i成正比，如图2和图3所示。

图2电流与电极电位的关系

图3电流的对数与电极电位的关系

根据Stern 和Geary 的理论推导，对于活化控制的腐蚀体系，极化阻力（R P = △E/△i ）与自腐蚀电流之间存在式（1）关系

12.303()a c p a c corr

b b E R i b b i ∆==⨯∆+ (1) 式中：p R ―――――极化电阻率，Ω·cm 2；ΔE ―――――――极化电位，V ；Δi ―――――――――极化电流密度，A/cm 2；i corr ――――――――金属的自腐电流密度，A/cm 2；b a ，b

c ―――――阳、阴极塔菲尔常数，V 。式（1）还包含了腐蚀体系的两种极限情况。

当局部的阳极反应受活化控制，而局部阴极反应受氧化剂扩散控制时（如氧的扩散控制） b c ∞,则式（1）简化为

12.3a p corr

b E R i i ∆==⨯∆ (2)

当局部阴极反应受活化控制，而局部阳极反应受钝化控制时（如不锈钢在饱和氧介质中）b a ∞，则式（1）简化为

12.3c p corr

b E R i i ∆==⨯∆ （3） 对一定的腐蚀体系，为b a 、b

c 常数，而K ＝

2.303()a c a c b b b b +也为常数，则式（1）、式（2）和式（3）可简化为

p corr

E K R i i ∆==∆ 或 c o r r p K i R = （4） 虽然衡量不锈钢自腐蚀速率大小的自腐蚀电流i corr 和线性极化阻力R p 成反比。测量不锈钢在不同介质中的R p 值可以分析介质对不锈钢腐蚀速率的影响。

(三)实验仪器与试剂

1.电化学工作站

2.试剂：430和304不锈钢，0.25mol L -1 H 2SO 4, 含Cl - 的0.25mol L -1 H 2SO 4。

（四）实验步骤

1）测量电极的前处理。（将被测电极经3﹟～5﹟金相砂纸抛光，并用乙醇或丙酮除油，用蒸馏水洗净备用）。

2）测量电解槽系统的装配。

3）测量430不锈钢在0.25mol L -1H 2SO 4的Rp 的值。

4）测量430不锈钢在含Cl - 的0.25mol L -1 H 2SO 4的Rp 值。

5）测量304不锈钢在0.25mol L -1 H 2SO 4的Rp 的值。

6）测量304不锈钢在含Cl - 的0.25mol L -1 H 2SO 4的Rp 值。

7）数据整理。

（五）注意事项

注意线性极化范围的选择（△E ≤土10mV ）。

（六）数据记录与处理

将数据填入表2中。

表2 数据记录表

项目 材料 0.25mol L -1 H 2SO 4 含Cl - 的0.25mol L -1 H 2SO 4

Rp/Ω 430不锈钢 304不锈钢

（七）思考题

1）线性极化法的基本原理是什么？

2）Rp 为什么称线性极化电阻率？

3）线性极化法有何局限性？