線性極化技術(shù)測量金屬腐蝕速度實驗報告.docx

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北 京 理 工 大 學(xué) 電 極 過 程 動 力 學(xué) 實 驗 報 告 姓名 班級 學(xué)號 實驗日期 年 月 日 指導(dǎo)教師 同組姓名 成績 實驗名稱 線性極化技術(shù)測量金屬腐蝕速度 一、 實驗?zāi)康? 1．了解線性極化法測定金屬腐蝕速度的原理和方法； 2． 掌握電位掃描法測定塔菲爾曲線； 3． 應(yīng)用塔菲爾曲線計算極化電阻、斜率和腐蝕電流； 4．應(yīng)用stern公式計算腐蝕速度。 二、 實驗原理 以測量鐵在硫酸溶液中的腐蝕為例。 從電化學(xué)的基礎(chǔ)理論可知，當(dāng)鐵在硫酸溶液中時，一定發(fā)生兩個反應(yīng)過程： 陽極過程：Fe－2e-＝Fe2＋ 陰極過程：2H＋ ＋2e-＝H2 ↑ 如果外電路無電流流過時，鐵的陽極溶解速度與表面氫的逸出速度相等，該速度就是鐵的腐蝕速度，用電流密度i腐表示，此時鐵的電位即是腐蝕電位φ腐。 i腐和φ腐可以通過測定鐵在硫酸中的陰極和陽極的Tafel曲線，并將兩條曲線的直線段外延相交求得，交點所對應(yīng)的電流是i腐，電位是φ腐。圖1是鐵在硫酸中的陰極和陽極的Tafel曲線示意圖。 圖1 鐵在硫酸中的陰極和陽極的Tafel曲線示意圖 上述方法在實際應(yīng)用時，有時兩條曲線的外延線交點不準(zhǔn)確，給精確測量帶來很大的誤差。所以本實驗采用線性極化法測定腐蝕速度。 線性極化的含意就是指在腐蝕電位附近，當(dāng)Δφ ≤10mV時，極化電流i與極化電位Δφ之間存在著線性規(guī)律。對于由電化學(xué)步驟控制的腐蝕體系，存在下列關(guān)系式： 該公式即是線性極化法的Stern公式： 式中：i/Δφ的倒數(shù)稱為極化電阻Rr＝Δφ/i ba和bk分別為陽極和陰極的Tafel常數(shù)，即是兩條外延直線的斜率。 根據(jù)上述的基本原理，測量腐蝕體系的極化電阻Rr和Tafel曲線的ba和bk，用Stern公式，即可求出腐蝕速度i腐。 三、實驗裝置 1. 計算機(jī)一臺 2．電化學(xué)分析儀（CHI604e）一臺 3．電解池1個 4．輔助電極（鉑片電極）1片 5．參比電極（氧化汞電極、甘汞電極）2個 6．研究電極（1cm2低碳鋼片一面用環(huán)氧樹脂封固絕緣）1片 四、實驗內(nèi)容及步驟 1.溶液： （1）1mol/L NaOH （2）10% HCl （3）3.5% KCl 2. 測量內(nèi)容： （1）測量三種不同體系的Tafel曲線 （2）應(yīng)用Tafel曲線計算腐蝕電流和斜率 （3）應(yīng)用Tafel曲線求出極化電阻 3.實驗步驟 （1）清洗電解池，裝入3.5% KCl溶液。放入?yún)⒈入姌O、輔助電極、研究電極。研究電極放入電解池前，要用細(xì)砂紙打磨至光亮，水洗后用丙酮除油再放入電解池。 （2）接好線路，打開計算機(jī)和電化學(xué)分析儀開關(guān)。在計算機(jī)桌面上用鼠標(biāo)點擊CHI604A圖標(biāo)，進(jìn)入分析測試系統(tǒng)。 （3） 選擇菜單中的“T”（Technique）實驗技術(shù)進(jìn)入，選擇菜單中的Tafel Plot，點擊“OK”退出。 （4）選擇菜單中的“Control”（控制）進(jìn)入，選擇菜單中的Open Circuit Potential（開路電壓）得出給定的開路電壓退出。 （5）選擇菜單中的Parameters（實驗參數(shù)）進(jìn)入實驗參數(shù)設(shè)置。Init E（V）（初始電位）和Final E（V）終止電位，應(yīng)根據(jù)給定的開路電壓（0.25－0.5）V來確定。Scan Rate（V/s）掃描速度為0.0005-0.001。其余的參數(shù)可選擇自動設(shè)置。 （6）選擇菜單中的“ ”Run開始掃描。 （7） 掃描結(jié)束，選擇菜單中的Graphics（圖形）進(jìn)入，選擇GraphOption（圖形選擇）進(jìn)入，在Data（數(shù)據(jù)）選擇Current（電流）進(jìn)入圖形，取Δφ和對應(yīng)的ΔI，Δφ/ΔI=Rr，計算出極化電阻。 （8） 進(jìn)入Analysis（分析），選擇菜單中Special Analysis（特殊分析）進(jìn)入，點擊Calculate（計算）得出陰極Tafel斜率、陽極Tafel斜率和腐蝕電流。 （9） 換溶液，重復(fù)以上步驟，分別做1mol/L NaOH（參比電極換成氧化汞電極）、10% HCl兩種不同體系的實驗。 （10） 將所做出的曲線存盤、打印。 （11） 關(guān)閉電源，取出研究電極，清洗干凈，結(jié)束實驗。 五、實驗結(jié)果分析 第一組實驗：3.5% KCl 體系（共測了兩次） 用matlab處理后作出的圖為： （1）計算： 斜率分別為： ba= 7.5251, bk=6.7087 切線交點： v=-0.199，logi= -6.356 即：i腐=4.4027e-007 在開路電壓附近擬合直線： 斜率為： k=0.2195e-4 所以 Rr＝Δφ/i=1/k=4.5556e+4 =kba.bk2.303(ba+bk) =3.3806e-005 (2)計算： 斜率分別為： ba= 8.4232, bk= 4.6954 切線交點： v=-0.1850，logi= -6.4970 即：i腐= 3.1840e-007 在開路電壓附近擬合直線： 斜率為： k=0.1035e-4 所以 Rr＝Δφ/i=1/k=9.6575e+4 =kba.bk2.303(ba+bk) = 1.3555e-005 2、第二組：1mol/L NaOH（兩組數(shù)據(jù)） （1）計算： 斜率分別為： ba= 4.6833, bk= 9.7172 切線交點： v= -0.2730，logi=-6.0089 即：i腐= 9.7979e-007 在開路電壓附近擬合直線： 斜率為： k=0.7185e-4 所以 Rr＝Δφ/i=1/k= 1.3918e+4 =kba.bk2.303(ba+bk) = 9.8588e-005 （2） 斜率分別為： ba= 6.8884 , bk= 10.6167 切線交點： v= -0.2820，logi= -6.1596 即：i腐= 6.9249e-007 在開路電壓附近擬合直線： 斜率為： k=0.4837e-4 所以 Rr＝Δφ/i=1/k= 2.0674e+4 =kba.bk2.303(ba+bk) = 8.7749e-005 3、第三組實驗：10% HCl（兩組數(shù)據(jù)） （1） 斜率分別為： ba= 12.2697 , bk= 23.4083 切線交點： v= -0.3910，logi= -4.4908 即：i腐=2.4696e-005 在開路電壓附近擬合直線： 斜率為： k=2.8e-3 所以 Rr＝Δφ/i=1/k= 357.1429 =kba.bk2.303(ba+bk) = 9.8e-003 （2） 斜率分別為： ba= 8.4160 , bk= 23.4758 切線交點： v= -0.3900，logi= -4.4908 即：i腐= 3.2300e-005 在開路電壓附近擬合直線： 斜率為： k=2.6e-3 所以 Rr＝Δφ/i=1/k= 384.6154 =kba.bk2.303(ba+bk) = 6.9e-003 通過計算把相應(yīng)實驗組的極化電阻、陰極塔菲爾曲線斜率、陽極塔菲爾曲線斜率和腐蝕電流計算出，結(jié)果附于相應(yīng)圖旁。 2、試分析比較三種不同體系的Tafel曲線的差異。 答：三種體系的Tafel曲線形狀走勢差不多，但是HcL的陰陽極塔菲爾曲線斜率相差很大，其余兩種體系相差不大。 4．如果兩條切線能相交，交點對應(yīng)的電流即是腐蝕電流密度i腐，比較與用Stern公式計算出的腐蝕電流密度i腐的差異。 答：有以上計算結(jié)果可知，由交點求出的腐蝕電流密度與用Stern公式計算出的腐蝕電流密度相差比較大，但所有數(shù)據(jù)都相差兩個數(shù)量級，可能的原因有兩個，一是測量時出現(xiàn)錯誤（儀器出錯或是操作出錯）；二是用Stern公式計算的腐蝕電流密度有條件，可能條件不太適合（例如濃度或是問題）。