用Tafel曲线外推法测定金属材料的腐蚀速度

用Tafel曲线外推法测定金属材料的腐蚀速度

一、实验目的

1.了解测定金属材料腐蚀速度的电化学方法。

2.掌握Tafel曲线外推法的原理与方法。

3.熟悉LK98BⅡ型微机电化学分析系统(天津市兰力科化学电子高技术有限公司制造)。

二、实验原理

在使用金属的过程中，人们不仅关心它是否会发生腐蚀(热力学可能性)，更关心其腐蚀速度的大小(动力学问题)。腐蚀速度表示单位时间内金属腐蚀的程度。迄今为止，普遍应用的测定腐蚀速度方法仍然是经典的失重法。失重法的优点是准确可靠，但由于实验周期长，需要做多组平行实验并且操作麻烦，所以满足不了快速的要求。电化学方法的优点是快速简便并有可能用于现场监控，因而得到了人们的重视。

测定金属材料腐蚀速度的电化学方法有塔菲尔曲线外推法、线性极化法、三点法、恒电流暂态法、交流阻抗法等。本实验采用塔菲尔(Tafel)曲线外推法测定其腐蚀速度。

1905年，塔菲尔(Tafel)提出了塔菲尔关系式，也即：在过电位足够大（η>50mv）时，过电位与电流密度有如下的定量关系，称为塔菲尔公式：

η

+

=

a ln

b

i

a,是常数。常数a是电流密度i等于1A·cm-2时的超电势值，它与电式中i是电流密度；b

极材料、电极表面状态、溶液组成以及实验温度等密切相关。b的数值对于大多数的金属来说相差不多，在常温下接近于0.050V。如用以10为低的对数，b约为0.116V。这意味着，电流密度增加10倍，则过电位约增加0.116V。

i

Tafel曲线外推法求

corr

lg为横坐标作图，塔菲尔关系是一条直线(如上图所示)。这个关系如用η为纵坐标，i

在电流密度很小时不能与事实相符合。因为按照该公式，当i→0时，η应趋向-∞，这当然是不对的。当i→0时，电极上的情况接近于可逆电极，η应该是零而不应该是-∞。实际上，在低电流密度时，过电位不遵守塔菲尔公式而出现了另外一种性质的关系，即过电位

η=。

与通过电极的电流密度成正比，可表示为iω

如上图所示，在强极化区，即过电位足够大（ >50mv）时，过电位与电流密度成一直线。阳极极化曲线与阴极极化曲线直线区（符合塔菲尔关系）的延长线交于一点，该点对应

i。

的电流即为金属腐蚀达到稳定状态的电流，即是该金属的腐蚀电流

corr

塔菲尔曲线外推法的主要缺点：首先，对腐蚀体系极化较强、电极电位偏离自腐蚀电位较远，对腐蚀体系的干扰太大。其次，由于极化到塔菲尔直线段所需电流较大，易引起电极表面的状态、真实表面积和周围介质的显著变化；而且大电流作用下溶液欧姆电势降对电势测量和控制的影响较大，可能使塔菲尔直线变短，也可能使本来弯曲的极化曲线部分变直，i带来误差。第三，由于有些腐蚀体系的塔菲尔直线段不甚明显，在用外推

从而对测得的

corr

法作图时容易引起一定的人为误差。要得到满意的结果，塔菲尔区至少要有一个数量级以上的电流范围。但在许多体系中，由于浓差极化或阳极钝化等因素的干扰，往往得不到这种结果。

三、仪器与试剂

1.LK98BⅡ型微机电化学分析系统(天津市兰力科化学电子高技术有限公司制造)。

2.三电极系统：铂电极作辅助电极，饱和甘汞电极作参比电极，待测金属电极作工作电极。

3.磁力搅拌器一个(天津市兰力科化学电子高技术有限公司制造)。

4.200ml玻璃烧杯一个。

5.腐蚀溶液(根据所测金属材料材质选定)。

四、实验步骤

1.打开LK98BⅡ型微机电化学分析系统，选择“线性扫描技术”中的“塔菲尔曲线”。

2.实验参数设置范围：

初始电位(V)：-10.0～+10.0

终止电位(V)：-10.0～+10.0

扫描速度(V/S)：0.0001～5000

等待时间(S)：0～60000

注意初始电位与终止电位至少应该相差0.01V。

3.将三电极系统插入配制好的腐蚀溶液中，连接到LK98BⅡ型微机电化学分析系统(铂电极与红线连接，饱和甘汞电极与黄线连接，待测金属电极与绿线连接)，并确定电化学主机与微机系统连接正常。

4.一切准备就绪后，选择“开始实验”进行塔菲尔曲线绘制。

i。

5.由塔菲尔曲线外推法求出其腐蚀电流

corr