金属铜在不同环境下的腐蚀研究

酸性溶液中测定金属铜腐蚀速率 铜在不同 pH 值的 0．05 mol / L NaCl 溶液中的塔菲尔曲线如
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2．1
结果与讨论
氯离子浓度对铜腐蚀的塔菲尔图 0．50、 0．10 mol / L 和饱和 NaCl 溶液及蒸馏水中 分别在 0．05、
图 2 所示， 从图 2 可以得到腐蚀参数见表 2。
对铜片进行扫描， 得到塔菲尔曲线见图 1。由图 1 和表 1 可以看 出， 在不添加 NaCl 的蒸馏水中， 腐蚀电位最正， 腐蚀电流最小， 随着 NaCl 浓度的增大直到溶液饱和， 金属铜的自腐蚀电流依次 增大， 自腐蚀电位变负， 即铜越来越容易被腐蚀 。 Cl 参与铜腐 蚀的机理可能如下
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2．58 7．00
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比较各 pH 值下金属铜的自腐蚀电流大小易知， 在酸性范围 溶液的 pH 值越小， 自腐蚀电位变化不大， 金属铜的自腐蚀电 内， 流变大， 即腐蚀速率越大， 铜越容易被腐蚀。有研究结果表明铜
［6 的腐蚀机理和腐蚀产物随着酸性溶液 pH 值的变化而不同 8 ］
。
在低 pH 值的硫酸溶液中铜的电化学溶解通过两电子自催化过
DOI:10.16577/j.cnki.42-1215/tb.2016.s1.024
0
前
言
金属铜具有优良的使用和工艺性能， 在现代工农业生产、 国 防和科技等领域中占有非常重要的地位 。 然而， 随着使用时间 的推移， 铜将受到不同程度的直接和间接损坏， 通常损坏的形式 断裂和磨损 包括腐蚀、 响新技术的发展
［2 ］ ［1 ］
。 金属腐蚀使许多金属设备的使用寿
命大为缩短甚至报废， 带来巨大的经济损失， 环境受到污染， 影 。 因此研究金属材料与环境介质作用的规
图1 铜在不同浓度 NaCl 溶液中的塔菲尔图（ 扫速 0．01 V / s） 铜在不同浓度 NaCl 溶液中的自腐蚀电位和电流
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律， 腐蚀过程的机理和寻找防止腐蚀的方法一直是人们关注的 塔菲尔曲线和交流阻抗法等 问题。本论文采用线性扫描伏安 、 电化学方法， 研究铜在不同实验条件下的腐蚀规律， 计算得出相 为防止金属铜的腐蚀提供理论依据 。 关腐蚀动力学参数，
pH 0．50 1．32 E corr（ vs SCE） / V －0．09 －0．10 －0．12 －0．23 J corr / （ 10 －3 A · cm －2） 2．63 1．42 0．93 0．43
－ （ CuCl － 2 ） surface → （ CuCl 2 ） solution
［ 收稿日期］ 2016 08 30 ［ E -mail： 通信作者］ 杜艳芳（ 1979 － ） ， 工程师， 研究方向电化学， yfdu@ chem．ecnu．edu．cn
－ ［3 5 ］ －
：
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Cu+Cl ( CuC l － )
( CuCl － )
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图2 表2
铜在 0．05 mol / L NaCl 中不同 pH 值的塔菲尔图
－ +Cl － （ CuCl － 2 ） surface+e
铜在 0．05 mol / L NaCl 中测得的不同 pH 下的自腐蚀电位与电流
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金属铜在不同环境下的腐蚀研究
杜艳芳，郑 欣，郑亚楠，王 祎 200241 ） （ 华东师范大学化学与分子工程学院，上海 ［ 摘
要］ 采用线性扫描伏安、 塔菲尔曲线和交流阻抗法等电化学方法 ， 研究了铜在不同实验条件下的腐蚀规律 ， 计算得出相关腐
Cl － 浓度越大， 酸性越强， 铜越容易腐蚀； 在 20 70 ħ 之间， 温度越高， 铜的腐蚀速率增大； 卤素离子对金属 蚀动力学参数。结果表明， I － ＞Br － ＞Cl － 。 铜的腐蚀顺序， ［ 关键词］ 铜； 腐蚀参数； 极化曲线 ［ 中图分类号］ TE980．2 ［ 文献标识码］ A ［ 文章编号］ 1001－1560（ 2016） 增刊 1－0081－03
+ 2+ 程形成 Cu ，随着 pH 值的增大铜在阳极更易形成 Cu ，在中性 2+ 铜作为阳 水溶液中铜的阳极溶解受到 Cu 在膜中的扩散控制，
极发生钝化反应， 生成物主要为溶解度很小的氧化物或氢氧化 此钝化膜容易和氢离子反应， 生成溶解 物。而在强酸性溶液中， 度很大的盐类。故氢离子浓度越高， 钝化膜越容易被溶解， 即溶 液酸性越强， 铜越容易被腐蚀。 2．3 线性扫描伏安法测定温度对金属腐蚀的影响 图 3 是金属铜在 0．05 mol / L NaCl 中测得的不同温度下的线 性扫描伏安图。从图 3 可以看出， 金属铜的阳极过程依次为溶 钝化、 过钝化溶解， 因此从图中可以读出金属铜的弗拉德电 解、 过钝化电位（ E t ） ， 从而计算出对应的过钝化电位区（ ΔE 位（ E f ） 、 = Et - Ef ） ， 结果如表 3 所示。 由表 3 可知， 随着温度的升高， 金 属铜的弗拉德电位（ E f ） 逐渐变正， 所以铜的失钝态倾向逐渐变 大。与此同时， 其过钝化电位（ E t ） 逐渐减小， 也可以说明铜的失 钝态倾向随温度升高而逐渐变大 。比较计算所得的钝化电位区 （ ΔE） 的大小， 可以得出温度越高， 金属铜的钝化区越小的结论， 即温度越高， 金属铜越容易被腐蚀。文献
［9 10］
图4 表4
铜在 0．05 mol / L 不同溶液中的塔菲尔曲线
KBr、 KI 溶液中的自腐蚀电位和电流 铜在 0．05 mol / L NaCl、
表1
· L ） 浓度 / （ mol 蒸馏水
E corr（ vs SCE） / V －0．064 －0．217 －0．234 －0．261 －0．384
· cm －2） 10 －4J corr / （ 10 －4 A 0．35 2．32 4．29 6．45 7．31
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试验方法
试验采用上海辰华仪器公司 CHI650C 电化学分析仪， 以铜
0．05 0．50 1．00 饱和溶液
片（ 0．5 cmˑ0．5 cm） 为工作电极， 铂丝电极为辅助电极， 饱和甘汞 电极为参比电极的三电极体系， 电势均为相对于饱和甘汞电极 的数值。试验前用金相砂纸将铁电极打磨光亮平整， 分别用稀 丙酮、 蒸馏水清洗， 晾干备用， 试验在室温下进行。 盐酸、 2．2