实验一电偶腐蚀

实验一、电偶腐蚀

试验目的：

通过失重法和电位、电流测量实验，了解电偶的形成与单一金属腐蚀速率、耦合电位等参数的相互关系，同时通过实验数据了解电偶腐蚀的特点、腐蚀介质、电位差、面积比等因素对电偶腐蚀的影响规律，并总结出相对应的预防措施。

穿插进行伊文斯盐水滴试验，观察氧浓差腐蚀原电池的阴、阳极反应以及阴、阳极区的划分。

试验原理：

电偶腐蚀：当一种不太活泼的金属(阴极)和一种比较活泼的金属(阳极)在电解质溶液中接触时，因构成腐蚀原电池而引发电流，从而造成（主要是阳极金属）电偶腐蚀。电偶腐蚀也称双金属腐蚀或金属接触腐蚀。

电偶腐蚀首先取决于异种金属之间的电极电位差。这一电位指的是两种金属分别在电解质溶液(腐蚀介质)中的实际电位。通常在手册、资料中能找到的是各种金属、合金在特定的介质中按腐蚀电位高低排列的电位顺序表，称作电偶序。在其它条件不变的情况下，它们之间的电位差愈大，腐蚀初始驱动力愈大。

影响电偶腐蚀的因素还有介质导电性、极化性及面积比。面积比是指阴、阳极面积比，比值愈大，即大阴极小阳极组成的电偶，其阳极腐蚀电流密度愈大，腐蚀愈严重。在腐蚀电偶的阳极区有涂层时也会出现大阴极小阳极的情况，结果造成极严重的局部腐蚀而迅速穿孔。

对于耦合电流的测定，可以采用零欧姆计直接测定耦合电流，主要就是在测定耦合电流时，不引入耦合电阻，使得测定结果具有较高的准确度。在实验室测定时如果没有零欧姆计，可以采用万用表或者直流电流表直接测定，也可以采用外加标准电阻测定电位差的方式进行评价，需要注意的是外加标准电阻越小测定准确度就越高，一般采用0.05欧姆或者更小的外加电阻，最后换算成耦合电流即可。

常用的腐蚀评定方法：

1. 失重法

由于腐蚀作用，材料的重量会发生系统变化，此即重量法测定材料抗蚀能力的理论基础。虽然近年来发展了许多新的腐蚀研究方法，但重量法仍然是最基本的定量评定腐蚀的方法，并已被广泛应用。重量法简单而直观，适用于实验室和现场试验。

失重法是一种筒单而直接的方法；它不要求腐蚀产物牢固附着在材料表面，也不考虑腐蚀产物的可溶牲，因为试验结束后必须从试样上请除全部腐蚀产物。失重法直接表示由于腐蚀而损失的材料重量，不经过腐蚀产物的化学组成分析和换算。这些优点使失重法得到广泛的应用。

失重法试验过程为：对预先制备的试样测量尺寸、经准确称重后置于腐蚀介质中，试验金属结束后取出，清除全部腐蚀产物后清洗、干燥、再称重。试样的失重直接表征材料的腐蚀程度。

在暴露试验前后与试验过程中，以及在清除腐蚀产物前后，必须仔细观察并记录材料表面和介质中的

各种变化。

1.1 重量法测定腐蚀速率结果评定

重量法是根据试样在腐蚀前后的重量变化来测定腐蚀速度的。为方便各次不同试验及不同试样的数据能够互相比较，通常采用单位时间内单位面积上的重量变化表征平均腐蚀速度（g ·m -2·h -1）。从腐蚀试验前后的试样重量差计算腐蚀速度v(g ·m -2·h -1)。公式如下：

失重速度

At

W W W v w 3

20--=

-

式中： A — 试样面积，m 2；

t — 试验周期，h ；

W 0— 试样原始重量，g ； W 2—试验后含与不含腐蚀产物的试样重量，g ；

W 3 —清除腐蚀产物时同样尺寸同种材料空白试样的校正失重，g ；

1.2 重量法测定腐蚀速率时腐蚀产物清除方法

为了取得准确得失重法实验结果，必须清除试样表面的腐蚀产物，但又不损伤金属基材本身。实际上完全不损伤基材是不可能的，只要求损伤对腐蚀结果无明显影响即可。对于不同金属材料和不同腐蚀产物应采用不同的清除腐蚀产物的方法。一般有机械法、化学法和电解法三种。

1). 机械法 一般先用自来水冲洗，并用橡皮或硬毛刷擦洗，或用木制刮刀、塑料刮刀刮擦。对绝大部分疏松腐蚀产物用此法已可清除干净。但要完全清除掉腐蚀产物以精确测试或检查局部腐蚀状况时，尚需进一步采用化学法或电化学法。

2). 化学法 选择适宜的化学溶液及操作条件通过溶解除去试样表面的腐蚀产物的方法。为了保护金属基体，在化学清除的溶液中往往需要加入缓蚀剂。表10-11列出一些常用的清除腐蚀产物的化学方法。这些方法并不复杂，但在使用时有可能损伤基材，造成试验误差。为此，应在清除工作的同时，将未经腐蚀的相同尺寸的同种材料作空白试样在相同条件下清洗处理，求其失量，然后在实际试样的失重中减去此数，以取得比较真实的试样失重量。

表1-1 针对不同材质清除腐蚀产物的化学方法

材料 溶液

时间，min

温度 备注 铝合金

70%HNO 3

2~3 室温 随后轻轻擦洗 20%CrO 3，5%H 3PO 4

10

79~85 o C

用于氧化膜不溶解于硝酸的情况

铜及其合金

15~20%HCl 2~3 室温 随后轻轻擦洗 5~10%H 2SO 4

2~3

室温

随后轻轻擦洗

铝及其合金10%醋酸10 沸腾随后轻轻擦洗，除PbO 5%醋酸铵热随后轻轻擦洗，除PbO

80g/LNaOH，50g/L甘露糖醇，0.62g/L硫酸肼30或至清除

为止

沸腾随后轻轻擦洗

铁和钢20% NaOH，20g/L锌粉 5 沸腾

浓盐酸，50g/LSnCl2+ 20g/LSbCl325或至清除

为止

冷搅拌溶液

10%或20%HNO320 60o C 用于不锈钢，需避免氯化

物的污染

含有0.15%有机缓蚀剂的15%的浓H3PO4清除为止室温可去除氧化条件下钢表

面上形成的氧化皮

镁及其合金15%CrO3，1%AgCrO415 沸腾

镍及其合金15~20%HCl 清除为止室温

10%H2SO4清除为止室温

锡及其合金15%的Na3PO410 沸腾随后轻轻擦洗

锌先用10%NH4Cl，然后用

15%CrO3，1%AgCrO4

5

20s

室温

沸腾

随后轻轻擦洗

饱和醋酸铵清除为止室温随后轻轻擦洗

100g/L NaCN 15 室温

3). 电化学法选择适当的阳极和电解质，以试样为阴极，外加直流电的电解方法。电解时阴极产生氢气，在氢气泡的机械作用下，使腐蚀产物剥离，残留的疏松物质可用机械法冲刷除净。此法效果较好，空白试样失重小。适用于碳钢和许多金属材料的两种电解操作条件示例如下：电解液为5%H2SO4，阳极为碳棒，阴极为试样，阴极电流密度为20A/dm2，加入有机缓蚀剂(如若丁)，2ml/L，温度75o C，暴露时间为3min。

实验用品：

导线，开关，0.05欧姆标准电阻，烧杯，万用表，232型饱和甘汞参比电极，盐桥，自制参比电极。锌-碳钢（面积比1：1），锌-碳钢（面积比1：5）；铜-锌，以及游标卡尺。

KQ-100型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）

HWL-1型恒电位/恒电流仪（山东电讯七厂有限责任公司）

自制实验用反应容器

实验用腐蚀介质：