腐蚀与防护 第5讲 电化学测试原理
电化学腐蚀测试方法的原理和实验操作
电化学腐蚀测试方法的原理和实验操作腐蚀是金属与环境中的其他物质发生化学反应，从而导致金属表面的质量和结构的损坏。
为了研究金属材料的腐蚀性能和评估其在特定环境条件下的耐蚀能力，科学家们开发了各种腐蚀测试方法。
其中，电化学腐蚀测试是一种常用的方法，通过测量金属在电化学条件下的电位和电流变化来研究其腐蚀行为。
电化学腐蚀测试的原理基于电化学反应的基本原理。
金属与环境中的电解质溶液接触时，会发生氧化和还原反应。
在腐蚀过程中，电极表面同时发生阳极和阴极反应。
阳极反应是指金属表面的氧化反应，产生金属离子；而阴极反应是指还原反应，使金属离子还原为金属。
在电化学腐蚀测试中，使用参比电极与被测试金属构成电化学电池，通过测量电极电位和电流来了解腐蚀过程。
在进行电化学腐蚀测试之前，需要设置合适的实验条件。
首先，选择合适的电解质溶液，通常是模拟实际使用环境中的化学物质。
其次，选择合适的工作电极和参比电极。
工作电极是被测试的金属材料，参比电极是一个稳定的电极，用于测量电极电位。
常用的参比电极有饱和甘汞电极、银/氯化银电极等。
此外，还需要一个计数电极用于测量电流。
最后，在实验过程中需要控制电解质溶液的温度、浓度和搅拌等因素。
在电化学腐蚀测试中，有几种常见的实验操作方法。
一种常用的方法是极化曲线测试。
该测试方法通过改变工作电极的电位，绘制出电位与电流之间的关系曲线，从而得到一个极化曲线。
极化曲线可以提供有关腐蚀速率、腐蚀类型和腐蚀机理的信息。
另一种常用的方法是交流阻抗谱测试。
该测试方法通过施加不同频率和幅度的交流电信号，测量电极的阻抗谱。
阻抗谱可以提供有关电解质溶液和电极界面的腐蚀信息。
除了以上两种常见的电化学腐蚀测试方法，还有一些其他的测试方法，例如线性极化测试和动电位极化测试。
线性极化测试是通过在电极上施加一个小幅度的电压变化，测量电流的变化，从而得到一个线性极化曲线。
线性极化曲线可以提供关于阳极和阴极反应速率的信息。
动电位极化测试是通过在电极上施加不同速率的电势变化，并测量电流的响应，从而确定腐蚀速率。
《金属的电化学腐蚀与防护》 讲义
《金属的电化学腐蚀与防护》讲义一、金属腐蚀的危害在我们的日常生活和工业生产中，金属材料无处不在。
从小小的螺丝钉到庞大的桥梁建筑，金属都发挥着至关重要的作用。
然而，有一个“敌人”始终威胁着金属的稳定存在，那就是腐蚀。
金属腐蚀会带来诸多严重的危害。
首先，它会导致金属材料的强度降低，使得原本坚固的结构变得脆弱不堪。
比如，一座长期遭受腐蚀的桥梁，可能会在某一天突然坍塌，造成无法估量的生命和财产损失。
其次，腐蚀会增加设备的维修和更换成本。
工厂里的机器设备如果经常受到腐蚀，就需要频繁地进行维修，甚至提前更换，这无疑会增加企业的生产成本，降低生产效率。
再者，金属腐蚀还可能造成环境污染。
一些腐蚀产物可能是有毒有害物质，它们进入土壤、水源，会对生态环境造成破坏。
二、金属电化学腐蚀的原理要理解金属的电化学腐蚀，我们首先得明白什么是电化学。
简单来说，电化学就是研究电能和化学能相互转化的一门科学。
当金属与周围的电解质溶液接触时，就可能发生电化学腐蚀。
这主要包括两种常见的类型：吸氧腐蚀和析氢腐蚀。
吸氧腐蚀通常在中性或弱酸性环境中发生。
以铁为例，铁会失去电子变成亚铁离子进入溶液：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺。
同时，空气中的氧气在水的作用下得到电子，生成氢氧根离子：O₂＋ 2H₂O ＋ 4e⁻＝ 4OH⁻。
亚铁离子和氢氧根离子进一步反应，生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁再被氧化为氢氧化铁，最终形成铁锈。
析氢腐蚀则常见于酸性较强的环境。
还是以铁为例，铁失去电子：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺，同时溶液中的氢离子得到电子生成氢气：2H⁺＋2e⁻＝ H₂↑。
三、影响金属电化学腐蚀的因素金属电化学腐蚀的速率和程度受到多种因素的影响。
首先是金属本身的性质。
不同的金属在相同的环境中，腐蚀的难易程度是不同的。
例如，在潮湿的空气中，铁很容易生锈，而金则几乎不会被腐蚀。
这是因为金的化学性质非常稳定，不容易失去电子。
其次是环境因素。
湿度、温度、酸碱度等都会对腐蚀产生重要影响。
电化学腐蚀与防护
6
● 介质成分：介质中的盐分、酸、碱、盐等成分可以影响金属的电化学性质，从而影响腐蚀速率。例如， 酸性介质通常会加速钢铁的腐蚀
7 ● 流速：流速的增加会导致金属表面与周围介质的交换速率增加，从而加速电化学腐蚀的进程
为了防止和减缓电化学腐蚀的发生，可以 采取以下几种常见的防护方法
● 涂层保护：在金属表面涂覆一层耐腐蚀 材料，如油漆、树脂、橡胶等，以隔离金 属表面与周围介质的接触，从而防止腐蚀 的发生 ● 缓蚀剂：向介质中添加能够降低腐蚀速 率的物质，如酸碱中和剂、阻垢剂等。这 些物质可以在金属表面形成保护膜，降低 氧化还原反应的速率 ● 阴极保护：通过向金属表面施加电流或 使其成为原电池的阴极，以减缓或防止金 属表面的腐蚀。这种方法通常用于保护埋 地管道、船舶、建筑物等
● 阳极保护：通过将金属表面处理成阳极 状态，使其表面形成一层保护性的氧化膜， 从而防止进一步的腐蚀。这种方法通常用 于保护铝、镁等较活泼的金属材料
● 选用耐腐蚀材料：根据具体应用场合选 择耐腐蚀性能较好的材料，如不锈钢、钛 合金等，以降低腐蚀速率
● 控制环境因素：对于高温、高湿、恶劣 环境下的设备，应采取相应的措施控制环 境因素对腐蚀的影响，如加装空调、除湿 设备等
汇报结束
不妥之处敬请批评指正
产生电流
随着时间的推移， 金属表面的腐蚀逐 渐扩大，最终导致 金属结构的破坏
电化学腐蚀的发生和进展受到多种因素的影响，包括金属材料的性质、表面状态、温度、湿度、介质成
1 分、流速等。以下是一些主要因素
● 金属材料的性质：不同金属材料对电化学腐蚀的敏感性不同。例如，较活泼的金属如铁、铝、镁等容
2 易发生电化学腐蚀，而较不活泼的金属如金、银、铂等则不易受腐蚀
5
金属的电化学腐蚀与防护方法
金属的电化学腐蚀与防护方法金属在我们的日常生活和工业生产中无处不在，从建筑结构到交通工具，从电子设备到医疗器械。
然而，金属面临着一个普遍而严重的问题——电化学腐蚀。
这一现象不仅会导致金属材料的性能下降，缩短其使用寿命，还可能引发安全隐患和巨大的经济损失。
因此，了解金属的电化学腐蚀原理以及掌握有效的防护方法至关重要。
一、金属电化学腐蚀的原理要理解金属的电化学腐蚀，首先需要了解一些基本的电化学概念。
电化学腐蚀本质上是一个氧化还原反应，涉及到电子的转移。
当金属暴露在电解质溶液（如潮湿的空气、海水等）中时，金属表面会形成无数微小的原电池。
以铁为例，在潮湿的空气中，铁表面吸附的水膜会溶解氧气和二氧化碳等气体，形成电解质溶液。
铁中的杂质（如碳）与铁本身形成了许多微小的电极。
铁原子失去电子变成亚铁离子进入溶液，发生氧化反应：Fe 2e⁻＝Fe²⁺。
而在另一些区域，氧气得到电子发生还原反应：O₂＋ 2H₂O ＋ 4e⁻＝ 4OH⁻。
这样，电子从铁原子转移到氧气，形成了电流，导致铁不断被腐蚀。
不同的金属在电化学序列中的位置不同，其活泼性也不同。
位置越靠前的金属，越容易失去电子发生氧化反应，也就越容易被腐蚀。
例如，锌比铁活泼，在锌铁原电池中，锌会优先被腐蚀，从而保护了铁，这就是常见的牺牲阳极的阴极保护法的原理。
二、金属电化学腐蚀的类型1、析氢腐蚀在酸性较强的环境中，金属发生电化学腐蚀时，氢离子在阴极得到电子生成氢气，这种腐蚀称为析氢腐蚀。
例如，铁在酸性溶液中的腐蚀：阳极（Fe）：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺阴极（杂质）：2H⁺＋ 2e⁻＝ H₂↑2、吸氧腐蚀在中性或弱酸性环境中，金属发生电化学腐蚀时，氧气在阴极得到电子，与水共同作用生成氢氧根离子，这种腐蚀称为吸氧腐蚀。
如铁在潮湿空气中的腐蚀：阳极（Fe）：Fe 2e⁻＝ Fe²⁺阴极（杂质）：O₂＋ 2H₂O ＋ 4e⁻＝ 4OH⁻三、金属电化学腐蚀的影响因素1、金属的本性不同的金属在相同的环境中，其腐蚀速率往往不同。
腐蚀与防护 第5讲 电化学测试原理
同一电极上各分反应的动力学行为之间的关系 所有反应都在同一电位(混合电位)下进行 整个电极外部测到的电流密度是各个分反应电 流密度的代数和
I = I1 + I 2 + ⋅ ⋅ ⋅ + I i + ⋅ ⋅ ⋅ + I n = f1 ( E ) + f 2 ( E ) + ⋅ ⋅ ⋅ + f i ( E ) + f n ( E )
二、极化曲线与腐蚀极化图
1. 极化曲线 2. 混合电极的自极化－腐蚀极化图 混合电极的自极化－
混合电位理论
例：电解质溶液中的铁
例：电解质溶液中的铁
例：电解质溶液中的铁
例：电解质溶液中的铁
例：电解质溶液中的铁
伊文思极化图及其应用
腐蚀极化图的应用
减少腐蚀的最有效措施是采取措施影响其控制因素
2.303( E − Ecorr )
→
− exp
−2.303( E − Ecorr )
←
]
ba
bc
∣E－Ecorr∣<10mv,指数项可以展开为幂级数并化简：
∆E ∆I
=
∆E ∆I
ba ⋅bc 2.303( ba + bc )
1 ⋅ icorr =
B icorr
腐蚀电位附近， 腐蚀电位附近，极 化曲线呈线性关系
暂态：连续扫描法，利用特定的装置使受控制的给 定自变量按预定的程序以规定的速度连续变化同步 记录相应响应信号随t或给定变量的变化。
经典测试装置
发展
恒电位／恒电流仪
• 腐蚀测试系统
三、腐蚀速度的电化学测试方法
1.腐蚀金属电极的动力学方程与极化曲线 腐蚀金属电极上有两个或更多的电化学 , 反应同时进行,但我们只能从外电路上测 量到一个电位和一个电流密度值. 我们的目的是:澄清电极上所发生的每一 个分反应的性质及它在总反应中所占的地 位,并测定它们的动力学参数.
电化学腐蚀原理
电化学腐蚀原理
电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生的一种化学反应，是由于金属表面与溶
液中的电化学物质发生作用而引起的腐蚀现象。
电化学腐蚀是一种常见的金属腐蚀形式，对许多工业设备和设施造成了严重的损害。
了解电化学腐蚀的原理对于防止和控制腐蚀至关重要。
电化学腐蚀的原理可以通过腐蚀电池的形式来理解。
在电化学腐蚀中，金属表
面的微观区域存在着阳极和阴极两种反应。
阳极区域发生氧化反应，金属原子失去电子形成阳离子；而阴极区域则发生还原反应，金属离子接受电子还原成金属原子。
这种电化学反应导致了金属表面的腐蚀。
电化学腐蚀的速率取决于许多因素，包括金属的种类、溶液中的离子浓度、温度、氧气浓度等。
一般来说，金属在酸性溶液中的腐蚀速率比在碱性溶液中的要快，因为酸性溶液中氢离子的浓度高，可以加速金属的氧化反应。
此外，温度的升高也会加快电化学腐蚀的速率，因为高温可以促进电化学反应的进行。
为了防止电化学腐蚀，可以采取一些措施。
首先，可以选择耐腐蚀性能好的金
属材料，如不锈钢、镍基合金等。
其次，可以通过涂层、镀层等方式在金属表面形成保护膜，阻止金属与电解质溶液接触。
此外，控制溶液的pH值、氧气浓度等也
可以有效减缓电化学腐蚀的发生。
总之，电化学腐蚀是一种常见的金属腐蚀形式，对工业生产和设备设施造成了
严重的损害。
了解电化学腐蚀的原理和影响因素，对于预防和控制腐蚀至关重要。
通过选择合适的材料、采取有效的防护措施，可以有效减缓电化学腐蚀的发生，延长金属设备的使用寿命。
电化学金属腐蚀与防护原理及应用
电化学金属腐蚀与防护原理及应用电化学金属腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的一种化学反应，会导致金属表面产生氧化、溶解或析出等不可逆过程。
金属腐蚀会导致金属失去原有的性能，降低材料的强度、硬度和可靠性，造成经济损失。
因此，为了保护金属材料免受腐蚀的损害，人们研究了多种防护技术。
电化学金属腐蚀的原理是基于金属表面的电化学反应。
金属在电解质溶液中处于一种平衡状态，既有金属的氧化（腐蚀）反应，也有金属的还原反应。
这个平衡状态被称为电池电位或者腐蚀电位。
当金属表面存在助腐蚀因素（如氧、酸、碱、盐）时，金属表面的氧化反应将被加速，导致金属腐蚀的加剧。
如果能够降低或改变金属表面的电位，就可以减缓金属腐蚀的发生。
为了实现金属腐蚀的防护，我们可以采用以下几种方法：1.阻止金属与电解质接触：通过物理屏障（如油漆、涂层、涂料等）将金属表面与电解质隔开，阻止金属被电解液侵蚀，起到保护金属的作用。
2.加强阳极的保护：在金属表面形成一层更活泼、更易氧化的金属层，作为阳极，吸引电流，减缓金属的腐蚀。
常见的做法是采用镀层、热浸镀、电镀等方法，在金属表面形成一层保护膜。
3.采用阻止电流流动的方法：通过在金属表面施加外加电流或者电磁场，阻止电流在金属间流动，减缓金属的腐蚀。
常见的做法是采用阴极保护或者磁场保护方法。
4.控制电解质环境：通过改变电解质的成分、浓度、温度等参数，使其不利于金属的氧化反应，减缓金属的腐蚀。
例如，对于钢铁材料，可以通过控制水中的溶解氧、酸碱度等因素，来减少金属腐蚀的发生。
电化学金属腐蚀防护的应用非常广泛。
在船舶、桥梁、海洋工程、化工设备等领域，金属材料容易受到海水、氧气、酸碱等环境的腐蚀，因此需要采取有效的防护措施。
例如，对于船舶，在船体表面施加阴极保护，将船体作为阴极，以减缓钢铁的腐蚀。
在化工设备中，常常采用高温涂层、耐酸碱材料等措施，延长设备的使用寿命。
总之，电化学金属腐蚀防护技术的目标是保护金属材料免受腐蚀的侵害，延长材料的使用寿命。
电化学腐蚀原理与防护方法
一电化学腐蚀原理1．腐蚀电池(原电池或微电池)金属的电化学腐蚀是金属与介质接触时发生的自溶解过程。
在这个过程中金属被氧化，所释放的电子完全为氧化剂消耗，构成一个自发的短路电池，这类电池被称之为腐蚀电池。
腐蚀电池分为三（或二）类：（1）不同金属与同一种电解质溶液接触就会形成腐蚀电池。
例如：在铜板上有一铁铆钉，其形成的腐蚀电池。
铁作阳极（负极）发生金属的氧化反应：Fe→Fe2++2e-；（Fe→Fe2++2e）＝－0.447V.阴极（正极）铜上可能有如下两种还原反应：(a)在空气中氧分压=21kPa时：O2+4H＋＋4e-→2H2O；(O2+4H＋＋4e-→2H2O)＝1.229V,(b)没有氧气时，发生2H++2e-→H2；（2H++2e-→H2）＝0V，有氧气存在的电池电动势E1=1.229－(-0.447)＝1.676V;没有氧气存在时，电池的电动势E2＝0-(-0.447)=0.447V。
可见吸氧腐蚀更容易发生，当有氧气存在时铁的锈蚀特别严重。
铜板与铁钉两种金属(电极)连结一起，相当于电池的外电路短接，于是两极上不断发生上述氧化—还原反应。
Fe氧化成Fe2+进入溶液，多余的电子转向铜极上，在铜极上O2与H＋发生还原反应，消耗电子，并且消耗了H＋，使溶液的pH值增大。
在水膜中生成的Fe2+离子与其中的OH—离子作用生成Fe(OH)2，接着又被空气中氧继续氧化，即：Fe2++2OH-→Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3 Fe(OH)3乃是铁锈的主要成分。
这样不断地进行下去，机械部件就受到腐蚀。
（2）电解质溶液接触的一种金属也会因表面不均匀或含杂质微电池。
例如工业用钢材其中含杂质(如碳等)，当其表面覆盖一层电解质薄膜时，铁、碳及电解质溶液就构成微型腐蚀电池。
该微型电池中铁是阳极：Fe→Fe2++2e-碳作为阴极：如果电解质溶液是酸性，则阴极上有氢气放出（2H++2e-→H2）；如果电解质溶液是碱性，则阴极上发生反应O2+2H2O+4e-→4OH-。
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]
ba
bc
∣E－Ecorr∣>（100/n）mv
ia = icorr ⋅ exp ic = icorr ⋅ exp
2.303( E − Ecorr )
→
ba − 2.303( E − Ecorr )
←
bc
建立腐蚀电极上的动力学方程式
2 腐蚀电化学方法的基本原理
⑵线性极化技术
I = icorr [exp
Review
极化的概念 阴阳极极化的原因有哪些？ 阴阳极极化的原因有哪些？
2、极化的原因 、
阳极极化的原因： 阳极极化的原因：
① 活化极化 ② 浓差极化 ③ 电阻极化
阴极极化的原因： 阴极极化的原因：
① 活化极化 ② 浓差极化）
Review
极化的概念 阴阳பைடு நூலகம்极化的原因有哪些？ 阴阳极极化的原因有哪些？ 如何评价极化程度? 如何评价极化程度
暂态：连续扫描法，利用特定的装置使受控制的给 定自变量按预定的程序以规定的速度连续变化同步 记录相应响应信号随t或给定变量的变化。
经典测试装置
发展
恒电位／恒电流仪
• 腐蚀测试系统
三、腐蚀速度的电化学测试方法
1.腐蚀金属电极的动力学方程与极化曲线 腐蚀金属电极上有两个或更多的电化学 , 反应同时进行,但我们只能从外电路上测 量到一个电位和一个电流密度值. 我们的目的是:澄清电极上所发生的每一 个分反应的性质及它在总反应中所占的地 位,并测定它们的动力学参数.
同一电极上各分反应的动力学行为之间的关系 所有反应都在同一电位(混合电位)下进行 整个电极外部测到的电流密度是各个分反应电 流密度的代数和
I = I1 + I 2 + ⋅ ⋅ ⋅ + I i + ⋅ ⋅ ⋅ + I n = f1 ( E ) + f 2 ( E ) + ⋅ ⋅ ⋅ + f i ( E ) + f n ( E )
2.303( E − Ecorr )
→
− exp
−2.303( E − Ecorr )
←
]
ba
bc
∣E－Ecorr∣<10mv,指数项可以展开为幂级数并化简：
∆E ∆I
=
∆E ∆I
ba ⋅bc 2.303( ba + bc )
1 ⋅ icorr =
B icorr
腐蚀电位附近， 腐蚀电位附近，极 化曲线呈线性关系
2.303( E − Ecorr )
→
− exp
−2.303( E − Ecorr )
←
]
ba
bc
2 腐蚀电化学方法的基本原理
⑴强极化区测量—Tafel曲线外推法 强极化区测量 曲线外推法
I = icorr [exp
2.303( E − Ecorr )
→
− exp
−2.303( E − Ecorr )
0 a
2.303( Ecorr − Ee ,a )
→
(C ) ( D)
ba − 2.303( E − Ee ,c )
←
ba − 2.303( Ecorr − Ee ,c )
←
ic = i ⋅ exp
0 c
←
( B)
icorr = i ⋅ exp
0 c
bc
bc
腐蚀电极上的动力学方程式
I = icorr [exp
Rp = icorr =
，直线斜率称为极化电阻（或极化阻力） ⋅ R1p ，线性极化方程式（Stern - Geary方程式）
ba ⋅bc 2.303( ba + bc )
谢谢大家 敬请批评指正！
3. 混合电极的外控极化曲线
理想极化曲线 希望获得信息：
阴阳极反应的极化程度 自腐蚀电流密度
外控极化曲线
例：金属在酸中的腐蚀
（2）极化曲线的测量
测量技术
极 化 曲 线 测 量 技 术 稳态：在指 定的时间内 电化学参数 变化甚微 按电位变 恒电位：逐点测量 化 动电位：电位连续变化， 以恒定慢速进行扫描 按调节的 恒电位 参数 恒电流
如果反应是在活化控制下,则该反应的电流与外 加的电位应服从Tafel关系
I i = I ⋅ exp
0 i
2.303( E − Ee ,i ) bi
建立腐蚀电极上的动力学方程式
（铁在酸性溶液中） 铁在酸性溶液中）
I = ia − ia + ic − ic I = ia − ic
→ ←
→
←
→
←
ia = icorr ⋅ exp ic = icorr ⋅ exp
二、极化曲线与腐蚀极化图
1. 极化曲线 2. 混合电极的自极化－腐蚀极化图 混合电极的自极化－
混合电位理论
例：电解质溶液中的铁
例：电解质溶液中的铁
例：电解质溶液中的铁
例：电解质溶液中的铁
例：电解质溶液中的铁
伊文思极化图及其应用
腐蚀极化图的应用
减少腐蚀的最有效措施是采取措施影响其控制因素
2.303( E − Ecorr )
→
ba − 2.303( E − Ecorr )
←
bc
Tafel关系式： I i = I ⋅ exp 关系式： 关系式
0 i
2.303( E − Ee ,i ) bi
A C
,
B D
ia = i ⋅ exp
0 a
→
2.303( E − Ee ,a )
→
( A) 当E=Ecorr icorr = i ⋅ exp