实验一

极化曲线测量金属的腐蚀速度

一、实验目的

1.掌握恒电位法测定电极极化曲线的原理和实验技术。

2.通过测定Fe在NaCl溶液中的极化曲线，求算Fe的自腐蚀电位、自腐蚀电流。

3.讨论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用。

二、实验原理

当金属浸于腐蚀介质时，如果金属的势电极电势低于介质中去极化剂（如H ⁺ 或氧分子）的平衡电极电势，则金属和介质构成一个腐蚀体系，称为共轭体系。此时，金属发生阳极溶解，去极化剂发生还原。以金属锌在盐酸体系中为例：

阳极反应： Zn - 2e = Zn ²⁺

阴极反应： H ⁺ + 2e = H2

阳极反应的电流密度以 i _a 表示，阴极反应的速度以 i _k 表示，当体系达到稳定时，即金属处于自腐蚀状态时， i _a = i _k = i _corr （ i _corr 为腐蚀电流），体系不会有净的电流积累，体系处于一稳定电位 根据法拉第定律，体系通过的电流和电极上发生反应的物质的量存在严格的一一对应关系，故阴阳极反应的电流密度可代表阴阳极反应的腐蚀速度。金属自腐蚀状态的腐蚀电流密度即代表了金属的腐蚀速度。因此求得金属腐蚀电流即代表了金属的腐蚀速度。金属处于自腐蚀状态时，外测电流为零。

极化电位与极化电流或极化电流密度之间的关系曲线称为极化曲线。极化曲线在金属腐蚀研究中有重要的意义。测量腐蚀体系的阴阳极极化曲线可以揭示腐蚀的控制因素及缓蚀剂的作用机理。

在活化极化控制下，金属腐蚀速度的一般方程式为：

其中I为外测电流密度，i _a 为金属阳极溶解的速度，i _k 为去极化剂还原的速度，β _a 、β _k 分别为金属阳极溶解的自然对数塔菲尔斜率和去极化剂还原的自然对数塔菲尔斜率。若以十为底的对数，则表示为b _a 、b _k 。

这就是腐蚀金属电极的极化曲线方程式，令 称为腐蚀金属电极的极化值，Δ E= 0时， I= 0；Δ E> 0时，是阳极极化， I> 0，体系通过阳极电流。Δ E< 0时， I< 0，体系通过的是阴极电流，此时是对腐蚀金属电极进行阴极极化。因此外测电流密度也称为极化电流密度

测定腐蚀速度的塔菲尔直线外推法

当对电极进行阳极极化，在强极化区，阴极分支电流 i _k = 0

改写为对数形式：

当对电极进行阴极极化，Δ E <0，在强极化区，阳极分支电流 i a=0

改写成对数形式：

强极化区，极化值与外测电流满足塔菲尔关系式，如果将极化曲线上的塔菲尔区外推到腐蚀电位处，得到的交点坐标就是腐蚀电流。

三、实验仪器和试剂

1.实验仪器与材料：CHI660D电化学工作站1台；饱和甘汞电极（参比电极）1支；Pt片电极（辅助电极）1支；45号钢试样；300mL烧杯。

2.实验试剂：氯化钠；硫酸；盐酸；缓蚀剂。

四、实验步骤

1.电极处理：用金相砂纸将45号钢电极表面打磨平整光亮，测量试样的直径，将45号钢试样和铜导线连接。

2.试样清洗：用蒸馏水清洗、酒精擦洗去油，电极处理得好坏对测量结果影响很大。

3.实验腐蚀介质：3%硫酸、3%氯化钠、3%盐酸、3%盐酸+0.5%缓蚀剂。

4.测量极化曲线：

（1）将三电极分别插入电极夹的三个小孔中，使电极进入电解质溶液中。将CHI工作站的绿色夹头夹45号钢试样电极，红色夹头夹Pt片电极，白色夹头夹参比电极。

（2）打开CHI660D工作站软件，自检并通过。进入“设置”—“实验技术”（选择CV）。

（3）测定开路电位。点击“控制”选中对话框中“开路电位”实验技术，点击“▶”开始实验，测得的开路电位即为电极的自腐蚀电势Ecorr。

（4）测量极化曲线。点击“设置”—“实验技术”选中对话框中“线性扫描伏安法”或“塔菲尔”实验技术，初始电位（InitE）设为比Ecorr低“-0.5V”，终态电位（FinalE）设为比Ecorr高“1.25V”，扫描速率（ScanRate）设为“0.001V/s”灵敏度（sensivitivty）设为“自动”，其他可用仪器默认值，自动画出极化曲线。

（5）自腐蚀电流拟合，打开CHI660D控制软件，利用自带的软件求得自腐蚀电流密度。

5.实验完毕，清洗电极、电解池，将仪器恢复原位，桌面擦拭干净。

五、实验数据与计算

将所有测量数据和计算结果填入表中

六、实验思考与讨论

1.平衡电极电位、自腐蚀电位有何不同？

2.为什么可以用自腐蚀电流 i corr来代表金属的腐蚀速度？

3.为什么测阳极极化曲线需要用恒电位法？ k6pQco4J0CvNTjKJI9Wla/Bm9gmczKpnjX/HnyWX0giLXE/Q+jE9RkRTuhxVe7mp