金属腐蚀性实验PPT课件
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❖ 每一极化区都有相应的腐蚀电流测量原理。
强极化区(TafeI法)
❖ 如果金属腐蚀的电极反应受活化极化控制，则在强极化区有塔 菲尔(Tafel)公式成立；
❖ 极化过电位△ 与极化电流i 的对数值有线性关系，在极化图中， 将这两条直线外推，交点所对应的横坐标值即为腐蚀电流i 的 对数值．
❖ 从公式还可知道，由直线的斜率可求得TafeI斜率b，b 如在某 些体系中．阳极极化曲线上不存在TafeI区(如出现活化、钝化 转变)，则根据阴极极化曲线外延法可求得i．
失重法
❖ 按以下公式计算腐蚀速率：
R K(w1w2)
ST
❖ 式中：R—腐蚀速率，mm/a；
K=8.76×104；
❖
W1—腐蚀试验前试样质量，g；
❖
W2---取出腐蚀产物后试样质量，g；
❖
S---试样表面积，cm2；
❖
T---腐蚀试验时间，h；
❖
p---材料密度，g/cm3；
动态腐蚀实验
❖ 除流速控制外其余与静态实验相同。
极化阻抗
❖ 当电流通过电极时引起电极电位移动的现象称为电 极的极化．阳极的电极电位从原来的正电位向升高 方向变化，阴极的电极电位从原来的负电位向减小 方向变化．变化结果使腐蚀原电池两极之间的电位 差(电动势)减小，腐蚀电流亦相应减小．电极极化 作用对氧化反应与还原反应或对腐蚀电流的阻碍力 与电阻具有相同量纲，称之为极化阻抗，其值越大， 腐蚀电流越小．根据给腐蚀系统输入的电流脉冲△I 是否稳定，极化法又可分为直流极化和交流极化 法．
❖ 只适用于较宽广电流密度范围内电极过程服从指数规律的体系， 而不适用于浓差极化较大及溶液电阻较大的体系。
微极化曲线法(线性极化法)
❖ 对于阴、阳极反应皆受活化极化控制的体系．在微极化 区，有Stern-GFra Baidu bibliotekary方程成立。
❖ 可见i与 极化阻率R成反比。R 的测量方法为；按一定时 间间隔在线性极化区测量R， 以R 对测量时间作图，利 用图解积分法求得测量时间内R 的平均值 。
传统的铣削是通过镗杆进行加工， 而现代 铣削加 工，多 由各种 功能附 件通过 滑枕完 成，已 有替代 传统加 工的趋 势，其 优点不 仅是铣 削的速 度、效 率高， 更主要 是可进 行多面 体和曲 面的加 工，这 是传统 加工方 法无法 完成的 。因此 ，现在 ，很多 厂家都 竞相开 发生产 滑枕式 (无镗 轴)高速 加工中 心，在 于它的 经济性 ，技术 优势很 明显， 还能大 大提高 机床的 工艺水 平和工 艺范围 。同时 ，又提 高了加 工精度 和加工 效率。 当然， 需要各 种不同 型式的 高精密 铣头附 件作技 术保障 ，对其 要求也 很高。
高速铣削给落地式铣镗床带来了结构 上的变 化，主 轴箱居 中的结 构较为 普遍， 其刚性 高，适 合高速 运行。 滑枕驱 动结构 采用线 性导轨 ，直线 电机驱 动，这 种结构 是高速 切削所 必需的 ，国外 厂家在 落地式 铣镗床 上都已 采用， 国内同 类产品 还不
多见，仅在中小规格机床上采用线性 导轨。 高速加 工还对 环境、 安全提 出了更 高的要 求，这 又产生 了宜人 化生产 的概念 ，各厂 家都非 常重视 机床高 速运行 状态下 ，对人 的安全 保护与 可操作 性，将 操作台 、立柱 实行全 封闭式 结构， 既安全 又美观 。
❖ 线性极化法的优点是能快速测出金属瞬时腐蚀速度．因 属于微极化，不会引起金属表面状态的变化及腐蚀控制 机理的变化。
❖ 但需要另行测定或从文献选取的Tafel常数b，不能反映 出腐蚀速度随时间的变化；
❖ 线性极化区是近似的；线性极化法不适用于高阻介质。
弱极化区法
❖ 为了避免Tafel直线外推法中强极化引起的金属表面状态、溶 液成分、腐蚀控制机理的改变，线性极化法中TaM 斜率的选 取或测定以及近似线性区范围的选取等引起的误差，近年来 专家们提出了一些利用极化范围只有数十毫伏(通常2O< I△ 甲I~70mV)的弱极化区的极化曲线测量来确定腐蚀速度的方 法．
静态腐蚀实验
❖ 失重测量时间选择为：2h，8h，1d，2d，4d， 8d，16d和32d。电化学测量时间同失重测量 时间。
❖ 极化曲线测量和阻抗测量 ❖ 称重测金属样片失重情况
极化曲线测量
❖ 极化曲线法是应用最早也是目前被广为采用 的一种研究金届腐蚀行为的电化学技术。
❖ 依据极化电位的大小，可将撅化曲线分为三 个区域t： l△I>50mV，强极化区 l △ l≤lOmV，微极化区 20mV~ l△ l<70mV，弱极化区．
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高速电主轴在卧式镗铣床上的应用 越来越 多，除 了主轴 速度和 精度大 幅提高 外，还 简化了 主轴箱 内部结 构，缩 短了制 造周期 ，尤其 是能进 行高速 切削， 电主轴 转速最 高可大10000r/min以 上。不 足之处 在于功 率受到 限制， 其制造 成本较 高，尤 其是不 能进行 深孔加 工。而 镗杆伸 缩式结 构其速 度有限 ，精度 虽不如 电主轴 结构， 但可进 行深孔 加工， 且功率 大，可 进行满 负荷加 工，效 率高， 是电主 轴无法 比拟的 。因此 ，两种 结构并 存，工 艺性能 各异， 却给用 户提供 了更多 的选择 。
当今，落地式铣镗床发展的最大特点是 向高速 铣削发 展，均 为滑枕 式(无 镗轴)结 构，并 配备各 种不同 工艺性 能的铣 头附件 。该结 构的优 点是滑 枕的截 面大， 刚性好 ，行程 长，移 动速度 快，便 于安装 各种功 能附件 ，主要 是高速 镗、铣 头、两 坐标
双摆角铣头等，将落地铣镗床的工艺 性能及 加工范 围达到 极致， 大大提 高了加 工速度 与效率 。
卧式镗铣床运行速度越来越高，快速 移动速 度达
到25～30m/min，镗杆 最高转 速6000r/min。 而卧式 加工中 心的速 度更高 ，快速 移动高 达50m/min， 加速度5m/s2， 位置精 度0.008～0.01m m， 重复定 位精度 0.004～ 0.005mm。
落地式铣镗床铣刀
由于落地式铣镗床以加工大型零件 为主， 铣削工 艺范围 广，尤 其是大 功率、 强力切 削是落 地铣镗 床的一 大加工 优势， 这也是 落地铣 镗床的 传统工 艺概念 。而当 代落地 铣镗床 的技术 发展， 正在改 变传统 的工艺 概念与 加工方 法，高 速加工 的工艺 概念正 在替代 传统的 重切削 概念， 以高速 、高精 、高效 带来加 工工艺 方法的 改变， 从而也 促进了 落地式 铣镗床 结构性 改变和 技术水 平的提 高。
❖ 其中有适用于活化极化腐蚀体系的“三点法”和“四点法” ， 有适用于阳极反应由活化极化控制而阴极反应由浓差极化控 制的“截距法”等等．但所有这些方法都存在没有补偿溶液 电阻等缺陷，也不便推广应用。
交流阻抗技术（EIS）
❖ 交流阻抗方法是一种暂态电化学技术，属于交流信号测量的 范畴，具有测量速度快，对研究对象表面状态干扰小的特点， 它用小幅度交流信号扰动电解池，并观察体系在稳态时对扰 动的跟随的情况，同时测量电极的交流阻抗(交流阻抗谱)， 进而计算电极的电化学参数，特别适用于高阻抗土壤环境和 对金属腐蚀体系的测量．
金属腐蚀性实验
实验目的和内容
❖ 比较四种金属在几种不同海水条件下的腐蚀情况
❖ 静态腐蚀实验 ❖ 动态腐蚀实验（设置0.2，0.4，0.8，1.6m/s）
静态腐蚀实验
❖ 实验方法 ❖ 金属副在介质中各不相同的腐蚀电位是导致短接电偶腐蚀的源动
力．因此金属的电偶序(或腐蚀电位序)，同样可用来评定材料配 副的电偶腐蚀倾向．另外，虽然腐蚀电位大小通常不用来评价材 料耐海水腐蚀性的优劣，但金属的海水腐蚀电位，尤其是腐蚀电 位一时间曲线测定对分析金属的海水腐蚀行为以及腐蚀过程具有 重要意义。 ❖ 实验在CHI630A 电化学分析仪／工作站上进行．该工作站属于 通用电化学测量系统，由电解池、电化学分析仅(恒电位仪／恒 电流仪)、采样速率可达500 KHz的数据采集系统和计算机等硬件 组成． ❖ 实验前，将试样逐级打磨至800#水砂纸，水洗后用丙酮脱脂、干 燥．试样暴露面积为1 cm2．cm2．实验 ❖ 介质为用去离子水作溶剂配制的3．5%NaCI溶液．实验温度 40℃ ．试验采用三电极系统，试件为工作电极，Pt为对电极， 参比电极为饱和甘汞电(SCE)．
❖ 从电极反应Nyqulst图上，就可以得到溶液电阻Rs和反应电 阻Rr 等相关参数。此外还可以从Bode 图来判断在不同频率 下的阻抗幅值和相位角的变化情况，从其时间常数的个数及 大小判断除了电极电位是否还有控制电极反应的其他状态变 量及其影响程度的重要信息。
❖ 通过选择合适的高频端和低频端各一点进行测量，使高频端 的阻抗近似为介质电阻，低频端的阻抗近似为介质电阻与极 化阻力之和，两者之差即为极化阻力。
工艺特点
现在，又开发了一种可更换式主轴 系统， 具有一 机两用 的功效 ，用户 根据不 同的加 工对象 选择使 用，即 电主轴 和镗杆 可相互 更换使 用。这 种结构 兼顾了 两种结 构的不 足，还 大大降 低了成 本。是 当今卧 式镗铣 床的一 大创举 。电主 轴的优 点在于 高速切 削和快 速进给 ，大大 提高了 机床的 精度和 效率。
References
❖ 翟文杰 ，孙瑜珉，王艳滨 几种金属副在 NaCI溶液中的抗蚀耐磨性能评价
❖ 聂向晖，张红，杜翠微，李晓刚 金属材料 腐蚀检( 监) 测常用方法概述
❖ 张敏，黄红军，李志广，万红敬 金属腐蚀 监测技术
❖ 赵明其
电化学法测定金属腐蚀速度的
原理及其应用
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强极化区(TafeI法)
❖ 如果金属腐蚀的电极反应受活化极化控制，则在强极化区有塔 菲尔(Tafel)公式成立；
❖ 极化过电位△ 与极化电流i 的对数值有线性关系，在极化图中， 将这两条直线外推，交点所对应的横坐标值即为腐蚀电流i 的 对数值．
❖ 从公式还可知道，由直线的斜率可求得TafeI斜率b，b 如在某 些体系中．阳极极化曲线上不存在TafeI区(如出现活化、钝化 转变)，则根据阴极极化曲线外延法可求得i．
失重法
❖ 按以下公式计算腐蚀速率：
R K(w1w2)
ST
❖ 式中：R—腐蚀速率，mm/a；
K=8.76×104；
❖
W1—腐蚀试验前试样质量，g；
❖
W2---取出腐蚀产物后试样质量，g；
❖
S---试样表面积，cm2；
❖
T---腐蚀试验时间，h；
❖
p---材料密度，g/cm3；
动态腐蚀实验
❖ 除流速控制外其余与静态实验相同。
极化阻抗
❖ 当电流通过电极时引起电极电位移动的现象称为电 极的极化．阳极的电极电位从原来的正电位向升高 方向变化，阴极的电极电位从原来的负电位向减小 方向变化．变化结果使腐蚀原电池两极之间的电位 差(电动势)减小，腐蚀电流亦相应减小．电极极化 作用对氧化反应与还原反应或对腐蚀电流的阻碍力 与电阻具有相同量纲，称之为极化阻抗，其值越大， 腐蚀电流越小．根据给腐蚀系统输入的电流脉冲△I 是否稳定，极化法又可分为直流极化和交流极化 法．
❖ 只适用于较宽广电流密度范围内电极过程服从指数规律的体系， 而不适用于浓差极化较大及溶液电阻较大的体系。
微极化曲线法(线性极化法)
❖ 对于阴、阳极反应皆受活化极化控制的体系．在微极化 区，有Stern-GFra Baidu bibliotekary方程成立。
❖ 可见i与 极化阻率R成反比。R 的测量方法为；按一定时 间间隔在线性极化区测量R， 以R 对测量时间作图，利 用图解积分法求得测量时间内R 的平均值 。
传统的铣削是通过镗杆进行加工， 而现代 铣削加 工，多 由各种 功能附 件通过 滑枕完 成，已 有替代 传统加 工的趋 势，其 优点不 仅是铣 削的速 度、效 率高， 更主要 是可进 行多面 体和曲 面的加 工，这 是传统 加工方 法无法 完成的 。因此 ，现在 ，很多 厂家都 竞相开 发生产 滑枕式 (无镗 轴)高速 加工中 心，在 于它的 经济性 ，技术 优势很 明显， 还能大 大提高 机床的 工艺水 平和工 艺范围 。同时 ，又提 高了加 工精度 和加工 效率。 当然， 需要各 种不同 型式的 高精密 铣头附 件作技 术保障 ，对其 要求也 很高。
高速铣削给落地式铣镗床带来了结构 上的变 化，主 轴箱居 中的结 构较为 普遍， 其刚性 高，适 合高速 运行。 滑枕驱 动结构 采用线 性导轨 ，直线 电机驱 动，这 种结构 是高速 切削所 必需的 ，国外 厂家在 落地式 铣镗床 上都已 采用， 国内同 类产品 还不
多见，仅在中小规格机床上采用线性 导轨。 高速加 工还对 环境、 安全提 出了更 高的要 求，这 又产生 了宜人 化生产 的概念 ，各厂 家都非 常重视 机床高 速运行 状态下 ，对人 的安全 保护与 可操作 性，将 操作台 、立柱 实行全 封闭式 结构， 既安全 又美观 。
❖ 线性极化法的优点是能快速测出金属瞬时腐蚀速度．因 属于微极化，不会引起金属表面状态的变化及腐蚀控制 机理的变化。
❖ 但需要另行测定或从文献选取的Tafel常数b，不能反映 出腐蚀速度随时间的变化；
❖ 线性极化区是近似的；线性极化法不适用于高阻介质。
弱极化区法
❖ 为了避免Tafel直线外推法中强极化引起的金属表面状态、溶 液成分、腐蚀控制机理的改变，线性极化法中TaM 斜率的选 取或测定以及近似线性区范围的选取等引起的误差，近年来 专家们提出了一些利用极化范围只有数十毫伏(通常2O< I△ 甲I~70mV)的弱极化区的极化曲线测量来确定腐蚀速度的方 法．
静态腐蚀实验
❖ 失重测量时间选择为：2h，8h，1d，2d，4d， 8d，16d和32d。电化学测量时间同失重测量 时间。
❖ 极化曲线测量和阻抗测量 ❖ 称重测金属样片失重情况
极化曲线测量
❖ 极化曲线法是应用最早也是目前被广为采用 的一种研究金届腐蚀行为的电化学技术。
❖ 依据极化电位的大小，可将撅化曲线分为三 个区域t： l△I>50mV，强极化区 l △ l≤lOmV，微极化区 20mV~ l△ l<70mV，弱极化区．
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高速电主轴在卧式镗铣床上的应用 越来越 多，除 了主轴 速度和 精度大 幅提高 外，还 简化了 主轴箱 内部结 构，缩 短了制 造周期 ，尤其 是能进 行高速 切削， 电主轴 转速最 高可大10000r/min以 上。不 足之处 在于功 率受到 限制， 其制造 成本较 高，尤 其是不 能进行 深孔加 工。而 镗杆伸 缩式结 构其速 度有限 ，精度 虽不如 电主轴 结构， 但可进 行深孔 加工， 且功率 大，可 进行满 负荷加 工，效 率高， 是电主 轴无法 比拟的 。因此 ，两种 结构并 存，工 艺性能 各异， 却给用 户提供 了更多 的选择 。
当今，落地式铣镗床发展的最大特点是 向高速 铣削发 展，均 为滑枕 式(无 镗轴)结 构，并 配备各 种不同 工艺性 能的铣 头附件 。该结 构的优 点是滑 枕的截 面大， 刚性好 ，行程 长，移 动速度 快，便 于安装 各种功 能附件 ，主要 是高速 镗、铣 头、两 坐标
双摆角铣头等，将落地铣镗床的工艺 性能及 加工范 围达到 极致， 大大提 高了加 工速度 与效率 。
卧式镗铣床运行速度越来越高，快速 移动速 度达
到25～30m/min，镗杆 最高转 速6000r/min。 而卧式 加工中 心的速 度更高 ，快速 移动高 达50m/min， 加速度5m/s2， 位置精 度0.008～0.01m m， 重复定 位精度 0.004～ 0.005mm。
落地式铣镗床铣刀
由于落地式铣镗床以加工大型零件 为主， 铣削工 艺范围 广，尤 其是大 功率、 强力切 削是落 地铣镗 床的一 大加工 优势， 这也是 落地铣 镗床的 传统工 艺概念 。而当 代落地 铣镗床 的技术 发展， 正在改 变传统 的工艺 概念与 加工方 法，高 速加工 的工艺 概念正 在替代 传统的 重切削 概念， 以高速 、高精 、高效 带来加 工工艺 方法的 改变， 从而也 促进了 落地式 铣镗床 结构性 改变和 技术水 平的提 高。
❖ 其中有适用于活化极化腐蚀体系的“三点法”和“四点法” ， 有适用于阳极反应由活化极化控制而阴极反应由浓差极化控 制的“截距法”等等．但所有这些方法都存在没有补偿溶液 电阻等缺陷，也不便推广应用。
交流阻抗技术（EIS）
❖ 交流阻抗方法是一种暂态电化学技术，属于交流信号测量的 范畴，具有测量速度快，对研究对象表面状态干扰小的特点， 它用小幅度交流信号扰动电解池，并观察体系在稳态时对扰 动的跟随的情况，同时测量电极的交流阻抗(交流阻抗谱)， 进而计算电极的电化学参数，特别适用于高阻抗土壤环境和 对金属腐蚀体系的测量．
金属腐蚀性实验
实验目的和内容
❖ 比较四种金属在几种不同海水条件下的腐蚀情况
❖ 静态腐蚀实验 ❖ 动态腐蚀实验（设置0.2，0.4，0.8，1.6m/s）
静态腐蚀实验
❖ 实验方法 ❖ 金属副在介质中各不相同的腐蚀电位是导致短接电偶腐蚀的源动
力．因此金属的电偶序(或腐蚀电位序)，同样可用来评定材料配 副的电偶腐蚀倾向．另外，虽然腐蚀电位大小通常不用来评价材 料耐海水腐蚀性的优劣，但金属的海水腐蚀电位，尤其是腐蚀电 位一时间曲线测定对分析金属的海水腐蚀行为以及腐蚀过程具有 重要意义。 ❖ 实验在CHI630A 电化学分析仪／工作站上进行．该工作站属于 通用电化学测量系统，由电解池、电化学分析仅(恒电位仪／恒 电流仪)、采样速率可达500 KHz的数据采集系统和计算机等硬件 组成． ❖ 实验前，将试样逐级打磨至800#水砂纸，水洗后用丙酮脱脂、干 燥．试样暴露面积为1 cm2．cm2．实验 ❖ 介质为用去离子水作溶剂配制的3．5%NaCI溶液．实验温度 40℃ ．试验采用三电极系统，试件为工作电极，Pt为对电极， 参比电极为饱和甘汞电(SCE)．
❖ 从电极反应Nyqulst图上，就可以得到溶液电阻Rs和反应电 阻Rr 等相关参数。此外还可以从Bode 图来判断在不同频率 下的阻抗幅值和相位角的变化情况，从其时间常数的个数及 大小判断除了电极电位是否还有控制电极反应的其他状态变 量及其影响程度的重要信息。
❖ 通过选择合适的高频端和低频端各一点进行测量，使高频端 的阻抗近似为介质电阻，低频端的阻抗近似为介质电阻与极 化阻力之和，两者之差即为极化阻力。
工艺特点
现在，又开发了一种可更换式主轴 系统， 具有一 机两用 的功效 ，用户 根据不 同的加 工对象 选择使 用，即 电主轴 和镗杆 可相互 更换使 用。这 种结构 兼顾了 两种结 构的不 足，还 大大降 低了成 本。是 当今卧 式镗铣 床的一 大创举 。电主 轴的优 点在于 高速切 削和快 速进给 ，大大 提高了 机床的 精度和 效率。
References
❖ 翟文杰 ，孙瑜珉，王艳滨 几种金属副在 NaCI溶液中的抗蚀耐磨性能评价
❖ 聂向晖，张红，杜翠微，李晓刚 金属材料 腐蚀检( 监) 测常用方法概述
❖ 张敏，黄红军，李志广，万红敬 金属腐蚀 监测技术
❖ 赵明其
电化学法测定金属腐蚀速度的
原理及其应用
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