腐蚀与防护实验指导书

金属腐蚀与防护的实验

实验一电阻法测定金属腐蚀速度

一、目的要求

1.了解电阻法测定金属腐蚀速度的原理。

2.掌握电桥法测定金属腐蚀速度的方法，并测定碳钢在8％硫酸溶液中的腐蚀速度。

二、基本原理

电阻法测定金属的腐蚀速度，是利用金属试样在腐蚀过程中截面积减小而电阻增加的原理，通过测量金属腐蚀过程中电阻的变化从而求出金属的腐蚀量。

金属(如铜、铁或铝)是电导体，导体电阻的大小，主要决定于两个因素：一是导体材料的导电性能的好坏，二是导体的尺寸大小。同一材料的导体，其电阻与导体的长度成正比，与导体截面积成反比，即：

R＝ρL/S （1）

式中R―――电阻，Ω，

ρ―――电阻率，Ω·mm2／m ；

L―――导体的长度，m；

S―――导体的横截面积，mm2

把待测金属材料做成细丝状或小扁带状试样，取一定长度L，腐蚀前的电阻为：

R0＝ρL/S0（2）

在腐蚀到t时间时，其电阻为：

Rt＝ρL/St （3）

由(3)式除以(2)式则得：

R0/Rt=St/S0（4）

将(4)式进一步简化为：

(Rt－R0)/Rt=(S0－St)/S0

即：ΔR/Rt=ΔS/S0（5）

根据(5)式对不同形状的试样，可以推导出在均匀腐蚀情况下的腐蚀速度公式。

对丝状试祥

横截面积的形状如图5，r0为试样的原始半径，x为腐蚀深度，阴影部分为腐蚀后减少的横截面积。用r0和x计算出ΔS和S0，代入式（5），求出方程的解为：

x＝r0[1－(1－ΔR/Rt)1/2] （6）把腐蚀深度除以时间t(小时)，求得腐蚀速度为：

V L=r0[1－(1－ΔR/Rt)l/2] ×8760/t mm/a (7)

V－=r0[1－(1－ΔR/Rt) l/2] ×ρM×1000 g/m2·h (8)

三、仪器与药品

惠斯登电桥1台

恒温装置1套

玻璃槽子1个

丝状的碳钢试样1根

硫酸溶液(8％) 500ml

本试验在恒温条件下进行测定，故不必考虑测定过程中温度变化的补偿问题，因此，可直接使用惠斯登电桥。

四、实验步骤

1.把一根长10厘米左右(宽lmm，厚0.1毫米左右)的碳钢试群固定于(焊接式或机械式)两根引线杆(Φ3mm左右的钢丝，否则需要测出其电阻值予以扣除)上，用环氧树脂或其它涂料涂封接点和引线(引线要有良好的绝缘)，准确测量试样的宽度和厚度，并记录之，用丙酮和乙醇脱除表面的油脂。

2. 在试样未放入腐蚀介质前，接好线路，把惠斯登电桥的比率臂置于"0.001”(为测定1Ω以下值)，为了使试样一放入溶液中就能迅速地找到电桥的平衡点，而正确测得R0(尽可能准确)可先测定试样在空气中的电阻R1，读出室温t，计算试样放入35℃的介质中时，因温度变化将使试样的电阻变为：

R2＝R1[1+0.00625(35－t)]

3.把试样放入8％的硫酸溶液中，记下试样入槽的时间，根据上述步骤中预估的R2，立即测定试样在腐蚀前的电阻R0：然后每隔20分钟左右测一次值，持续两小时结束。

五、数据记录

试样材质介质成分

把ΔR/Rt带入计算公式计算出碳钢在8％硫酸溶液中的腐蚀速度。

实验三恒电位法测定阴极极化曲线

一、目的要求

1.掌握恒电为法测定阴极极化曲线的基本原理和方法。

2.运用极化曲线初步判定实行阴极保护的可能性。

二、基本原理

对于构成腐蚀体系的金属电极，在外加电流的作用下，阴极的电位偏离其自腐蚀电位向负的方向移动，这种现象称为阴极极化。电极上通过的电流密度越大，电极电位偏离的程度也越大，控制外加电位，使其由大到小逐渐减小，便可以测得一系列对应于各电位值的电流值。做阴极电位与电流密度的关系曲线的示意图，即为恒电位阴极极化曲线。

三、仪器与药品

ZF-3恒电位仪l台

饱和甘汞电极1支

铂电极1支

搅拌装置1个

碳钢试样2个

试样固定夹具1套

氯化钠水溶液300ml

金相砂纸若干

镊子1个

丙酮棉球若干

电吹风1个

四、操作步骤

1.将恒电位仪电源打开，预热15—20分钟。

2.把已加工到一定光洁度的试样用细砂纸再进行打磨。分别用丙酮和乙醇擦洗干净，测量其尺寸，安装到夹具上。

3.将参比电极(饱和甘汞电极)接ZF—3恒电位仪的黄色线，研究电极接黑色、蓝色线(黑色保护套)，辅助电极（铂电极）接红色线。

4.恒电位仪的工作状态开关置于参比，即可测得碳钢在3％的NaCl水溶液中的自腐蚀电位(一般在几分钟至30分钟内可取得稳定值)。若在较长时间以后还不稳定，可以通一小的阴极电流(500μA／cm2左右)活化1～2分钟，切断电源后重新测定。电位在几毫伏内波动可视为稳定，记录之。

5.接通电源后，先进行无搅拌极化测量。调节旋钮，使极化电位达到一定值。在2～3分钟后读取相应的电流值(读取数据时需把开关置于参比)。据此，每隔2～3分钟调节一次电位，记下相应的电流，计入表中。直到通入阴极电位较大，而电流变化缓慢时为止。观察并记录阴极表面上开始析出氢气气泡时的电位。

6.按步骤2～5测定搅拌条件下的阴极极化曲线。

7.实验完毕，切断电源，取出电极进行清洗，实验所用一切物品归位。

五、数据记录

试样材质暴露面积

在同一坐标纸中绘出无搅拌和加搅拌条件下的电位－电流阴极极化曲线，运用极化曲线初步判断实施阴极保护的可能性；估计出保护电流密度和保护电位的大致范围。

七、思考题

1.阴极保护中的两个保护参数，哪个起决定性作用？为什么？

2.搅拌对阴极极化曲线有何影响？为什么？

实验三稳态恒电位法测定阳极极化曲线

一、目的要求

1.掌握稳态恒电位法测定阳极极化曲线的原理和方法。

2.通过阳极极化曲线的测定，判定实施阳极保护的可能性，初步选取阳极保护的技术参数。

3.进一步掌握恒电位仪的使用方法。

二、实验原理

阳极电位和电流的关系曲线叫做阳极极化曲线。为了判定金属在电解质溶液中采取阳极保护的可能性，选择阳极保护的三个主要参数——致钝电流密度、维钝电流密度和钝化区的电位范围，需要测定阳极极化曲线。

阳极极化曲线可以用恒电位法和恒电流法测定。图3是一条较典型的阳极极化曲线。曲线abcdef是恒电位法(即维持电位恒定，测定相应的电流值)测得的阳极极化曲线。当电位从a点逐渐正向移动到b点时，电位也随之增加到b点，当电位过b点后，电流反而急剧减少，这是因为在金属表面上产生了一层高电阻耐腐蚀的钝化膜，钝化开始发生。人为控制电位的增高，电流会逐渐衰减到c。在c点以后，电位若继续增高，由于金属完全进入了钝态，电流维持在一个基本不变的很小的值一一维钝电流。当使电位增高到d点后，金属进入了过钝化状态，电流又重新增大。从a到b的范围叫活性溶解区，从b点到c点的范围叫过渡区，从c点到d点的范围叫钝化稳定区，过d点以后叫过钝化区。对应于b点的电流密度叫致钝电流密度，对应于cd段的电流密度叫维钝电流密度。

若把金属作为阳极，通过致钝电流使之钝化，再用维钝电流区保护其表面的钝化膜，可使金属的腐蚀速度大大降低，这就是阳极保护的原理。

三、仪器与药品

ZF-3恒电位仪1台

饱和甘汞电极1个

铂电极1个

碳钢试样1个

试件固定夹具 1套

试件表面处理用品 1套

电吹风公用

稀硫酸(10％) 500ml

四、操作步骤

1.打开恒电位仪的电源开关，预热15～20分钟。

2.把已加工到一定光洁度的试件用金相砂纸再进行打磨，测量尺寸安装到夹具上，用丙酮和无水酒精脱脂，吹干。

3.接好测试线路，检查各接头是否正确，盐桥是否导通。

4.测碳钢在10％硫酸水溶液中的自腐蚀电位。