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：

t

s m m K ⋅-=

10 （g/m 2

·h ） d

K

K 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：

%K

K 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 nF

RT

+

= 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：

*

*+=+a

a 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