金属腐蚀学讲义(试验2011)

金属腐蚀学试验讲义实验一重量法测定金属腐蚀速度一、目的要求1、通过实验进一步了解金属腐蚀的基本原理及各种因素（如温度、介质及其浓度、缓蚀剂）对它的影响；加强对金属腐蚀与环境条件密切相关的认识。

2、通过实验掌握重量法测定金属腐蚀速度的方法。

3、初步了解缓蚀剂对金属腐蚀的抑制作用。

二、实验原理测定金属腐蚀速度的方法很多，如重量法、电阻法、极化曲线法等等。

重量法是一种古典方法，然而重量法得到的数据比较真实可靠。

所以使用快速测定法如电阻法、线性极化法等得到的数据一般都要与重量法得到的加以对照，并以重量法为依据。

但是，这种方法主要只能用于全面腐蚀，不宜用于晶间腐蚀、孔蚀等局部腐蚀。

重量法分为增重法和失重法。

前者只限于腐蚀产物不脱落而且附着牢固的情况，如高温氧化及耐蚀金属的大气腐蚀等。

失重法应用范围较广，但测定精度因试片大小、实验时间、腐蚀程度而异。

重量法一般采用分析天平，精确到0.1mg。

酸在工业上广泛使用，金属在酸中的腐蚀属于电化学腐蚀，其腐蚀严重，规律复杂。

酸对金属的腐蚀规律在很大程度上取决于酸的氧化性质。

非氧化性酸如盐酸，其阴极过程纯粹是氢去极化过程，而氧化性酸如浓硝酸，其阴极过程主要是氧化剂的还原过程，在金属表面生成一层耐蚀的氧化膜。

但是我们不可能把酸类截然分为氧化酸与非氧化酸，如硝酸的浓度较稀时，腐蚀随浓度增加而增加，属氢去极化腐蚀，当浓度超过30%，则腐蚀速度迅速下降，浓度达到50%时，腐蚀速度降到最小，此时硝酸成为氧化性的酸，如碳钢在浓硝酸中腐蚀的阴极过程。

NO3- + 2H++e→NO2 + H2O 或NO3-+4H++3e→NO+2H2O 缓蚀剂是添加到腐蚀介质中能阻止金属腐蚀或降低腐蚀速度的物质，在用化学法除锈时，酸中加入少量的硫脲或乌洛托品就是起该种作用，它们能抑制金属的腐蚀，但却并不妨碍氧化皮层及锈层的溶解和脱落。

有的缓蚀剂还能减小氢脆。

三、实验内容及步骤（一）试片的准备1、准确测量碳钢试片的尺寸（每组十二片）2、试片的除锈、脱脂a、脱脂配方：洗衣粉60g/L操作步骤：将配好的脱脂溶液倒入1000mL的烧杯中，放在电炉上加热到65±5℃。

将试片挂在钩上再放入溶液中，用夹子翻动试片，观察脱脂情况，待油除去后，取出用大量自来水冲洗，之后放入除锈剂溶液中（脱脂完全标准为自来水冲洗后，试片表面的水膜没有破裂情况）。

b、除锈配方：浓硫酸 20mL/L硫脲5~10g/L操作步骤：将配好的除锈溶液倒入1000mL的烧杯中，放在电炉上加热到60±5℃。

将试片挂在钩上再放入溶液中，用夹子翻动试片，观察除锈情况，待锈、氧化皮除净后，取出放入0.1mol/L NaCO3溶液中中和，然后用大量自来水冲洗，用滤纸吸干，再用电吹风吹干，放入干燥器中待用。

试片如果锈蚀严重，在化学法除油除锈之前应用砂纸打磨。

3、将除油除锈的试片称重（二）腐蚀试验1、配制腐蚀液a、将98%的硫酸（C、P）配制成20%硫酸20%硫酸＋10g/L硫脲b、将浓硝酸（C、P）配制成浓硝酸3%稀硝酸2、将配好的溶液分别置于四个编好号的聚丙烯槽内，每个槽内挂三片。

3、记录腐蚀时间和室温，1小时后取出。

（三）腐蚀产物的去除采用化学法除锈除锈配方：12%HCL ＋1~2%乌洛托品操作温度：室温操作步骤：将腐蚀完成的试片用自来水冲洗至中性，挂在钩上放入除锈溶液中，观察除锈情况，待腐蚀产物除净后，用大量自来水冲洗，然后放入0.1mol/LNaCO3溶液中中和，用滤纸吸干，再用电吹风吹干，放入干燥器中恒重，称重。

四、实验结果处理 （一）定性评定方法1、观察试片腐蚀后的处形，确定是均匀腐蚀还是局部腐蚀，观察腐蚀产物的颜色、分布情况及与金属表面的结合牢固与否。

2、观察腐蚀液的变化，有否腐蚀产物的沉淀。

（二）定量评定方法如果是均匀腐蚀，而腐蚀产物可以完全除去，可按下式计算腐蚀速度：ts m m K ⋅-=10 （g/m 2·h ） dKK 76.8=深度 （g / a ）其中：m 0——试片原重（g ）m 1——腐蚀后试片重（g ） s ——试片表面积（ m 2） t ——腐蚀时间（h ）K ——试片腐蚀速度（g/m 2·h ） K 深度——试片腐蚀速度（g/a ）d ——试片比重（碳钢比重为7.85 g/cm 3）求缓蚀率采用如下公式计算：%KK K '-=η 其中：K ——未加缓蚀剂的腐蚀速度K ˊ——加了缓蚀剂的腐蚀速度（三）实验记录 表一表二五、讨论思考题1、分析失重法测量腐蚀速度的优缺点。

2、硫脲和浓硝酸均能阻滞腐蚀速度，分析各自缓蚀的原因。

3、为使实验结果平行，实验过程中应该注意什么？实验二 电位——时间曲线的测量一、目的要求通过本实验加深对自然腐蚀电位概念的理解 二、实验原理如果把金属浸入某种溶液中，那么就会在金属相与溶液相之中发生离子的转移，因而在两相界面上建立起电位差，并使两相间的离子转移达到某些平衡。

当电极与界面上既不通过外电流，也不发生净反应的情况下，此时在两相界面上建立起的电位差便为电极的平衡电位。

平衡电位与溶液中这种金属离子浓度的关系符合能斯特关系式：LnC nFRT+= 平平ϕϕ 但如果在金属与溶液的界面上，除了发生这种金属离子的转移之外，还发生某种杂质离子的转移，电极上失去电子主要依靠某一过程，而得到电子却依靠另一过程，当无外电流通过体系时，对于反应O + ne === R (1) O ﹡+ ne === R ﹡(2)应满足关系式：**+=+aa c c i i i i (3)式中i a 、i c 、i a ﹡、i c ﹡分别表示金属和杂质组分的氧化电流和还原电流。

即：反应体系中，参与反应各组分的还原电流之和氧化电流之和应相等。

这种情况在现实中很普遍，例如铁浸在酸溶液中，至少发生两个反应过程：Fe→Fe 2+ + 2e ； H 2→2H + + 2e电极上失电子过程主要是铁的溶解，而H +则借助这个过程在阴极上还原。

由（3）式知，电极失去电子和得到电子的速度相等，因而电极上的电子数不会随时间的变化而变化，这时电极电位将建立起一个稳定值，但应注意，此时的电极与溶液界面未达到物质的平衡仍有净化学反应产生，宏观上表现为金属的腐蚀，腐蚀学上把该稳定电位叫自然腐蚀电位。

综上所述，平衡电位和稳定电位（或自腐蚀电位）是两个截然不同的概念，前者是一个热力学平衡值，只与温度、浓度等因素有关，后者则是一个与动力学因素有关的值，它不但与温度、浓度等因素有关，而且凡能影响电极过程的因素都会对其产生影响。

例如电极的表面状况、真实表面积、溶液的传质过程等。

三、实验内容及步骤 （一）实验内容本实验分别测定碳钢、黄铜、不锈钢电极在5%NaCl 溶液中的电位——时间曲线以及碳钢在5%NaCl + 5%NaNO 2溶液中的电位——时间曲线。

（二）实验步骤1、配制5%NaCl 溶液和5%NaCl + 5%NaNO 2溶液若干2、准备碳钢、黄铜、不锈钢电极各一支，用金相砂纸打磨至镜面，用乙醇（或丙酮）洗净、吹干后放入干燥器中备用。

3、按图2-1接好线路，装好待测溶液，研究电极不要插入溶液。

（注意：数字电压表通电，预热15分钟后再使用，其两极的夹子在未测量时一定保持短路。

）4、分别将数字电压表的夹子夹住参比电极及研究电极，在电压表上选择好测量档位，研究电极插入溶液后立即记录电位值并记下时间而后每隔1分钟记录一个电位值至10分钟后，每5分钟记录一次电位值至半小时。

然后搅动溶液，记录搅动后的电极电位值，停止实验，取出电极。

同上重复实验一次，然后改换体系重复之。

四、实验结果处理1、将所测电位换算成氢标电位值，并做出各自相应的电位——时间曲线图。

2、对实验结果和现象进行解释和讨论。

五、讨论与思考题1、试用EV ANA 极化图讨论引起各体系自腐蚀电位随时间变化的原因。

2、比较碳钢在5%NaCl 溶液及5%NaCl + 5%NaNO 2溶液中的自腐蚀电位值及变化趋势，说明NaNO 2的作用，并能否由此判断NaNO 2属于哪类缓蚀剂？为什么？研究电极） 电解池图2-1 时间电位曲线测量的实验装置溶液实验三局部腐蚀原理演示一、实验目的通过实验了解充气不均及杂散电流引起的局部腐蚀的原理。

二、原理大气与中性水介质中金属（尤其是钢铁）的腐蚀，主要是吸氧腐蚀，即氧去极化腐蚀，如果说在金属表面氧的供应是不均匀的，则在氧供应充足的地方易形成阴极，而缺氧处形成阳极，于是造成了局部腐蚀现象，如缝隙腐蚀、孔蚀等。

而杂散电流是由直流电源（如电气火车，电焊机等）设备漏失出来的电流，它常进入其它金属设备。

然后再从该设备的别处流出。

直流电流流出的地方成为腐蚀电池的阳极区，腐蚀就发生在这些地方，而电流流入的地方则为腐蚀电池的阴极区。

其接线图如3-1所示：图3-1 杂散电流腐蚀原理演示接线图E为直流电源，R1为可变电阻，R2为电阻丝，培养皿中盛有琼脂胶体，胶体中还加入了指示剂。

当直流电流流过电阻丝时，由于琼脂导电，会有一部分电流漏出，进入铁丝的一端，再从铁丝的另一端流回电阻丝。

通过指示剂的显色反应，就可直观显示出腐蚀电池的阳极区与阴极区。

本实验就是用简单直观的方法演示这个原理。

三、实验内容与步骤1、盐水滴实验A、用180#砂纸将一方形碳钢片的一面打磨至光亮，然后用丙酮擦洗干净，晾干待用。

B、用一个50mL烧杯取约15mL5%NaCl溶液，加入2滴1%酚酞溶液和2滴1N铁氰化钾溶液搅拌均匀制成“试液A”待用。

C、用滴管将试液A滴一滴于打磨干净的碳钢试片上，仔细观察并记录液滴的变化，在钢片的不同部位可同时滴3~5滴作平行试验。

进行观察记录，大约15~20分钟后，可将钢片清洗，停止实验。

2、盐水压片试验A、将方形碳钢片按盐水滴实验A步处理。

B、将试液A用滴管并排滴两滴于碳钢片上，然后用一干净玻璃棒（其上绕有细铜丝以造成一定的缝隙）压在液滴上，仔细观察并记录注滴的变化，在一个方形钢片上可以做两个上述压片实验，平行观察记录。

15~20分钟后，停止实验，将钢片清洗。

3、杂散电流腐蚀A、在200ml 的烧杯中，加入100ml 5%NaCl溶液，再加入2克琼脂。

煮沸后加入2ml 1N铁氰化钾和10滴1%酚酞，搅拌均匀保温待用。

B、取一根60cm 镍铬电阻丝，绕成直径约为1cm 线圈，用丙酮擦干净待用，取一根20cm 铁丝用砂纸打磨后，再用丙酮擦干待用。

C、将铁丝与电阻丝线圈平行放于培养皿中，两者相距约1cm ，然后将煮好的琼脂液倒入培养皿中，待其凝固后，按图3-1接好线路。

D、打开直流电源使输出电压为6~12V，接通开关，调节滑线电阻使电流约为0.5A。

观察并记录电阻丝和铁丝周围颜色的变化，约10分钟切断电路，关闭电源。