塔菲尔曲线金属腐蚀速率的测定
金属腐蚀与防护的实验报告-中南大学粉冶院
⾦属腐蚀与防护的实验报告-中南⼤学粉冶院实验⼀恒电位法测定阳极极化曲线⼀、⽬的1．了解⾦属活化、钝化转变过程及⾦属钝化在研究腐蚀与防护中的作⽤。
2．熟悉恒电位测定极化曲线的⽅法。
3．通过阳极极化曲线的测定，学会选取阳极保护的技术参数。
⼆、实验基本原理测量腐蚀体系的极化曲线，实际就是测量在外加电流作⽤下，⾦属在腐蚀介质中的电极电位与外加电流密度（以下简称电密）之间的关系。
测量极化曲线的⽅法可以采⽤恒电位和恒电流两种不同⽅法。
以电密为⾃变量测量极化曲线的⽅法叫恒电流法，以电位为⾃变量的测量⽅法叫恒电位法。
⼀般情况下，若电极电位是电密的单值函数时，恒电流法和恒电位法测得的结果是⼀致的。
但是如果某种⾦属在阳极极化过程中，电极表⾯壮态发⽣变化，具有活化/钝化变化，那么该⾦属的阳极过程只能⽤恒电位法才能将其历程全部揭⽰出来，这时若采⽤恒电流法，则阳极过程某些部分将被掩盖，⽽得不到完整的阳极极化曲线。
在许多情况下，⼀条完整的极化曲线中与⼀个电密相对应可以有⼏个电极电位。
例如，对于具有活化/钝化⾏为的⾦属在腐蚀体系中的阳极极化曲线是很典型的。
由阳极极化曲线可知，在⼀定的电位范围内，⾦属存在活化区、钝化过渡区、钝化区和过钝化区，还可知⾦属的⾃腐蚀电位（稳定电位）、致钝电密、维钝电密和维钝电位范围。
⽤恒电流法测量时，由⾃腐蚀电位点开始逐渐增加电密，当达到致钝电密点时⾦属开始钝化，由于⼈为控制电密恒定，故电极电位突然增加到很正的数值（到达过钝化区），跳过钝化区，当再增加电密时，所测得的曲线在过钝化区。
因此，⽤恒电流法测不出⾦属进⼊钝化区的真实情况，⽽是从活化区跃⼊过钝化区。
图1 恒电位极化曲线测量装置三、实验仪器及药品电化学⼯作站CHI660D、铂电极、饱和⽢汞电极、碳钢、天平、量筒、烧杯、电炉、⽔砂纸、U型管蒸馏⽔、碳酸氢铵、浓氨⽔、浓硫酸、琼脂、氯化钠、氯化钾、⽆⽔⼄醇、棉花四、实验步骤1.琼脂-饱和氯化钾盐桥的制备烧杯中加⼊3g琼脂和97ml蒸馏⽔，使⽤⽔浴加热法将琼脂加热⾄完全溶解。
tafel曲线 实验指导书
Tafel曲线测定金属的腐蚀速度一、目的1．掌握tafel测定金属腐蚀速度的原理和方法。
2．测定不锈钢在0.25mol/L的硫酸溶液中腐蚀电密i c 、阳极塔菲尔斜率b a和阴极塔菲尔斜率b c。
3．对活化极化控制的电化学腐蚀体系在强极化区的塔菲尔关系加深理解。
4. 学习绘制极化曲线。
二、实验原理金属在电解质溶液中腐蚀时，金属上同时进行着两个或多个电化学反应。
例如铁在酸性介质中腐蚀时，Fe上同时发生反应：Fe →Fe2+ +2e2H+ +2e →H2在无外加电流通过时，电极上无净电荷积累，即氧化反应速度i a等于还原反应速度i c ,并且等于自腐蚀电流I corr ,与此对应的电位是自腐蚀电位E corrr。
如果有外加电流通过时，例如在阳极极化时，电极电位向正向移动，其结果加速了氧化反应速度i a而拟制了还原反应速度i c ,此时，金属上通过的阳极性电流应是：I a= i a-|i c| = i a+ i c同理，阴极极化时，金属上通过的阴极性电流I c也有类似关系。
I c= -|i c| + i a= i c+ i a从电化学反应速度理论可知，当局部阴、阳极反应均受活化极化控制时，过电位（极化电位）η与电密的关系为：i a=i corr epx(2.3η/b a)i c = -i cor r exp(-2.3η/b c)所以I a =i corr[exp(2.3η/b a)- exp(-2.3η/b c)]I c= -i corr[exp(-2.3η/b c)- exp(2.3η/b a)当金属的极化处于强极化区时，阳极性电流中的i c和阴极性电流中的i c都可忽略，于是得到：I a =i corr exp(2.3η/b a)I c=-i corr exp(-2.3η/b c)或写成：η=-b a lg i coor+b a lg i aη= -b c lg i corr+b c lg i c可以看出，在强极化区内若将η对lg i作图，则可以得到直线关系[见《热力设备腐蚀与腐蚀》p257Fig.14—12（a）]。
实验四、金属电化学腐蚀及腐蚀极化曲线测定
三、仪器及试剂
仪器：CHI660B电化学工作站，电解池、
辅助电极（铂电极）．参比电极（带盐桥的 饱和甘汞电极），铁工作电极 。
试剂：硫酸（1mol/L的H2SO4溶液） ，中
性水溶液
四、操作步骤
1．电极处理 工作电极先后800#，1000#砂纸打磨，然后用三次水 清洗，再放入乙醇清洗。 2. 线性扫描伏安法测量铁的极化曲线在工作站中选择 线性扫描伏安法(Linear Sweep Voltammetry)，设 置电位范围为－0.6V ～ ＋1.9V ，扫描速率为2550mV/s，扫描间隙(Interval)设为0.002V及相应的性 能参数，可由仪器自动获得整个的极化曲线。所采用 的扫描速率（即电势变化的速率）需要根据研究体系 的性质选定。 3.测完之后，应使仪器复原，清洗电极。把参比电极 放回原处。
பைடு நூலகம்
同一种金属内的腐蚀电池也是普遍存在的，
它同样导致了金属的电化学腐蚀。同种金属 内部不同部位的电位差是因为金属内部不可 避免地存在着晶间、应力、疲劳、电偶、缝 隙等诸多因素而产生的，这些诸多的因素又 是金属结构在冶炼、加工、安装、焊接等过 程中造成的。这就导致在同一金属结构内部 存在着众多小范围的阳极区和大片的阴极区。 金属一旦处于电解质的环境中，腐蚀电池即 开始工作。
实验装置示意图
五、 数据处理
作阳极极化曲线和阴极极化曲线，由二条切
线的交点z求Ecor、Icor，求出本实验中的腐蚀 速率。
六、 思考讨论
三个电极各有何作用？
以下是腐蚀电池形成的缺一不可的条件： 1.必须有阴极和阳极。 2.阴极和阳极之间必须有电位差（这种电位差 因金属内晶间、应力、疲劳程度、电偶等的差 异的存在以及金属表面缝隙、氧浓差等现象的 存在，极容易在同一金属结构体内形成）；亦 可在两个不同电位金属间形成。 3.阴极和阳极之间必须有金属的电流通道。 4.阴极和阳极必须浸在同一电解质中，该电解 质中有流动的自由离子。
实验一-----失重法测金属腐蚀速度
材料腐蚀与防护实验指导书山东科技大学材料学院金属材料系 2007 ———————★★———————目录1.腐蚀体系的极化性能2.失重法测金属腐蚀速度实验一 腐蚀体系的极化性能1. 实验目的（1）分析活化极化控制腐蚀体系极化曲线的特征。
（2）掌握恒电位法测定极化曲线的基本原理和方法。
（3）学习塔菲尔区外延法求腐蚀电流的原理和方法。
（4）熟悉恒电位仪或电化学综合测试仪的操作规程。
2. 基本原理见《金属腐蚀理论及腐蚀控制》第四章，见《金属腐蚀理论及应用》第二章的第二、四、八、十节内容。
当电极上有净电流通过时，电极电位显著偏离了未通电时的开路电位（平衡电位或非平衡的稳态电位），这种现象叫做电极的极化。
当通过外加电流时电极电位偏离稳定电位的的现象，成为腐蚀体系的极化。
研究对一腐蚀金属电极外加极化时，其极化电位与外加电流之间的关系即是腐蚀金属电极的极化曲线。
金属的电化学腐蚀中，常用电流密度来表示腐蚀速度（单位时间内金属腐蚀的程度）。
腐蚀金属电极的一般速度方程式如下：⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆--∆=c a corr b E b E I I 303.2exp 303.2exp它是大部分测定腐蚀速度的电化学方法的理论基础。
方程式中通过试验测定的数据是自腐蚀电位corr E和一系列极化电位E ∆以及相对应的极化电流I ，然后从实验测定的极化数据计算出金属的腐蚀速度corr i以及其它有关电化学参数。
3.实验内容及要求（1）用恒电位法测量低碳钢（Q235）试样在0.05mol/L 硫酸氢钠中的极化曲线，了解这种活化极化腐蚀体系极化曲线的特征。
（2）用塔菲尔区外延法确定腐蚀电流密度及极化曲线的Tafle 斜率值。
4.实验装置及仪器用品（1） 实验仪器和试剂实验仪器： 烧杯500mL 2个玻璃棒 1个 鲁金毛细管 1个1480A 8通道恒电位仪和POTENTIOSTAT/GALVANOSTAT 273试 剂： NaHSO 4 （2）实验参数实验温度：常压、室温 26-28o C实验溶液： NaHSO溶液0.05mol/L4实验气氛：空气装置状态：静止静置时间： 2000s电极体系：三电极体系待测电极： Q235（面积约为1cm2）参比电极：饱和甘汞电极辅助阴极： pt电极（面积约为2cm2）阳极极化曲线电压： -0.05V～0.8V（相对于开路电压）扫描速度： 0.5mV/s扫描方式：动电位线性扫描图1 极化曲线测量电路示意图（3）试样的准备试样用砂纸打光、酒精脱脂去污洗净，然后取10×10mm试样面积作为工作表面，背部焊接导线，其余部分用环氧树脂（或绝缘清漆、AB胶、石蜡等）覆盖。
塔菲尔外推法测定镁合金的腐蚀速率
用塔菲尔外推法测定镁合金的腐蚀速率石志明刘明Andrej Atrens关键词：镁腐蚀失重法塔菲尔外推法析氢法摘要：利用极化曲线塔菲尔外推法来充分估计镁合金的腐蚀的假说，在这里称为镁的电化学测量假设。
原则上，可以用一个有效的反例反驳。
宋和Atrens在2003年的镁腐蚀的论文就表明，关于镁合金，塔菲尔外推法不能可靠地测定腐蚀速率。
本文考察了近期文献，进一步研究镁的电化学测量假设。
文献表明，利用极化曲线的塔菲尔外推法所测定的镁合金腐蚀速率与失重法和析氢法腐蚀速率不同。
典型的偏差介于50%-90%，这些远大于精确测量方法的误差，同时也表明，需要对镁的塔菲尔外推法仔细的审查。
但本文研究并不打算用塔菲尔外推法说明镁的腐蚀及相关应用，强烈建议这些测量应由至少两个其它三个简单的测量方法使用补充：（一）重量损失率，（二）析氢速率，（三）镁离子离开金属表面速率。
这个方法比没有补充的好很多。
1.简介因镁合金密度低，有足够的强度重量比和良好的铸造性，镁合金常常应用于交通运输（如汽车制造），然而它的防腐性能差[1–5]。
因此，目前有许多关于镁腐蚀应用的研究，这些研究是依赖于极化曲线的塔菲尔外推法测定的腐蚀速率。
这样关于镁的研究依赖于此处称之为电化学测量假设，即用极化曲线的塔菲尔外推法可充分估计镁合金的腐蚀速率。
原则上，这样的假设可以用一个有效的反例推翻，宋和Atrens的镁腐蚀的文章就表明，塔菲尔外推法并没有可靠的估计镁合金腐蚀速率。
本文的范围是检验最近进一步探讨镁电化学测量假说的文献，一个辅助的目的是方便镁合金的开发和理解镁应用的腐蚀，从而确保这类研究尽可能有效。
2.腐蚀速率测定方法最简单、最根本的腐蚀速率的测量方法是测量金属的腐蚀速率，PW (mg/cm2 /d)，这可以使用[6-9]公式（1）转换为平均腐蚀速度（mm / y）P W =3.65△W/ρ（1）ρ是金属的密度(g/cm3)，镁合金的密度ρ是1.74 g/cm3。
实验一-----失重法测金属腐蚀速度
材料腐蚀与防护实验指导书山东科技大学材料学院金属材料系 2007 ———————★★———————目录1.腐蚀体系的极化性能2.失重法测金属腐蚀速度实验一 腐蚀体系的极化性能1. 实验目的（1）分析活化极化控制腐蚀体系极化曲线的特征。
（2）掌握恒电位法测定极化曲线的基本原理和方法。
（3）学习塔菲尔区外延法求腐蚀电流的原理和方法。
（4）熟悉恒电位仪或电化学综合测试仪的操作规程。
2. 基本原理见《金属腐蚀理论及腐蚀控制》第四章，见《金属腐蚀理论及应用》第二章的第二、四、八、十节内容。
当电极上有净电流通过时，电极电位显著偏离了未通电时的开路电位（平衡电位或非平衡的稳态电位），这种现象叫做电极的极化。
当通过外加电流时电极电位偏离稳定电位的的现象，成为腐蚀体系的极化。
研究对一腐蚀金属电极外加极化时，其极化电位与外加电流之间的关系即是腐蚀金属电极的极化曲线。
金属的电化学腐蚀中，常用电流密度来表示腐蚀速度（单位时间内金属腐蚀的程度）。
腐蚀金属电极的一般速度方程式如下：⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆--∆=c a corr b E b E I I 303.2exp 303.2exp它是大部分测定腐蚀速度的电化学方法的理论基础。
方程式中通过试验测定的数据是自腐蚀电位corr E和一系列极化电位E ∆以及相对应的极化电流I ，然后从实验测定的极化数据计算出金属的腐蚀速度corr i以及其它有关电化学参数。
3.实验内容及要求（1）用恒电位法测量低碳钢（Q235）试样在0.05mol/L 硫酸氢钠中的极化曲线，了解这种活化极化腐蚀体系极化曲线的特征。
（2）用塔菲尔区外延法确定腐蚀电流密度及极化曲线的Tafle 斜率值。
4.实验装置及仪器用品（1） 实验仪器和试剂实验仪器： 烧杯500mL 2个玻璃棒 1个 鲁金毛细管 1个1480A 8通道恒电位仪和POTENTIOSTAT/GALVANOSTAT 273试 剂： NaHSO 4 （2）实验参数实验温度：常压、室温 26-28o C实验溶液： NaHSO溶液0.05mol/L4实验气氛：空气装置状态：静止静置时间： 2000s电极体系：三电极体系待测电极： Q235（面积约为1cm2）参比电极：饱和甘汞电极辅助阴极： pt电极（面积约为2cm2）阳极极化曲线电压： -0.05V～0.8V（相对于开路电压）扫描速度： 0.5mV/s扫描方式：动电位线性扫描图1 极化曲线测量电路示意图（3）试样的准备试样用砂纸打光、酒精脱脂去污洗净，然后取10×10mm试样面积作为工作表面，背部焊接导线，其余部分用环氧树脂（或绝缘清漆、AB胶、石蜡等）覆盖。
用Tafel曲线外推法测定金属材料的腐蚀速度
用Tafel曲线外推法测定金属材料的腐蚀速度一、实验目的1.了解测定金属材料腐蚀速度的电化学方法。
2.掌握Tafel曲线外推法的原理与方法。
3.熟悉LK98BⅡ型微机电化学分析系统(天津市兰力科化学电子高技术有限公司制造)。
二、实验原理在使用金属的过程中，人们不仅关心它是否会发生腐蚀(热力学可能性)，更关心其腐蚀速度的大小(动力学问题)。
腐蚀速度表示单位时间内金属腐蚀的程度。
迄今为止，普遍应用的测定腐蚀速度方法仍然是经典的失重法。
失重法的优点是准确可靠，但由于实验周期长，需要做多组平行实验并且操作麻烦，所以满足不了快速的要求。
电化学方法的优点是快速简便并有可能用于现场监控，因而得到了人们的重视。
测定金属材料腐蚀速度的电化学方法有塔菲尔曲线外推法、线性极化法、三点法、恒电流暂态法、交流阻抗法等。
本实验采用塔菲尔(Tafel)曲线外推法测定其腐蚀速度。
1905年，塔菲尔(Tafel)提出了塔菲尔关系式，也即：在过电位足够大（η>50mv）时，过电位与电流密度有如下的定量关系，称为塔菲尔公式：η+=a lnbia,是常数。
常数a是电流密度i等于1A·cm-2时的超电势值，它与电式中i是电流密度；b极材料、电极表面状态、溶液组成以及实验温度等密切相关。
b的数值对于大多数的金属来说相差不多，在常温下接近于0.050V。
如用以10为低的对数，b约为0.116V。
这意味着，电流密度增加10倍，则过电位约增加0.116V。
iTafel曲线外推法求corrlg为横坐标作图，塔菲尔关系是一条直线(如上图所示)。
这个关系如用η为纵坐标，i在电流密度很小时不能与事实相符合。
因为按照该公式，当i→0时，η应趋向-∞，这当然是不对的。
当i→0时，电极上的情况接近于可逆电极，η应该是零而不应该是-∞。
实际上，在低电流密度时，过电位不遵守塔菲尔公式而出现了另外一种性质的关系，即过电位η=。
与通过电极的电流密度成正比，可表示为iω如上图所示，在强极化区，即过电位足够大（ >50mv）时，过电位与电流密度成一直线。
金属腐蚀与保护--电化学腐蚀
腐蚀系统的极化：若在稳态下的腐蚀系统，施加一个外电流．则电势即偏离腐蚀系统， 腐蚀系统的极化：若在稳态下的腐蚀系统，施加一个外电流．则电势即偏离腐蚀系统，也 就是发生所谓极化，是腐蚀系统的极化． 就是发生所谓极化，是腐蚀系统的极化． 极化曲线：表示电极电位和电流之间的关系的曲线叫作极化曲线。 极化曲线：表示电极电位和电流之间的关系的曲线叫作极化曲线。 阳极极化曲线：阳极电位和电流的关系曲线。（外加电压高于自腐蚀电位Ecorr） 阳极极化曲线：阳极电位和电流的关系曲线。（外加电压高于自腐蚀电位 。（外加电压高于自腐蚀电位 阴极极化曲线：阴极电位和电流的关系曲线。 外加电压低于自腐蚀电位E 阴极极化曲线：阴极电位和电流的关系曲线。 （外加电压低于自腐蚀电位 corr） 表观极化曲线：腐蚀系统通过外电流时的电位和电流关系，亦称实测极化曲线。 表观极化曲线：腐蚀系统通过外电流时的电位和电流关系，亦称实测极化曲线。 理论极化曲线：局部阴极和局部阳极的电流和电位关系曲线。在实际腐蚀中， 理论极化曲线：局部阴极和局部阳极的电流和电位关系曲线。在实际腐蚀中，局部阴极和 局部阳极根本无法分开，所以理论极化曲线有时无法得知。 局部阳极根本无法分开，所以理论极化曲线有时无法得知。
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塔菲尔曲线金属腐蚀速率的测定
1.溶液和电极：
倒入电解池待测溶液，放入1cm圆盘碳钢工作电极，饱和甘汞参比电极和铂金对电极，甘汞参比电极距离工作电极1-3mm。
2.选塔菲尔方法：
塔菲尔图参数设置如下图
碳钢采用默认电解池参数，如果使用其他工作电极，应改变电解池参数后点击确定。
选定60s电位变化量时点击稳定后开始，自动电位示波，60s内电位变化量不大于2mV，自动开始扫描。
亦可选择开路状态等待。
不锈钢丝扫描出的塔菲尔图如下：
扫描完成后，点击测量按钮，自动测量出腐蚀电流和腐蚀速率，亦可套入公式，计算出腐蚀速率。
RST5000系列电化学工作站自动测量可以得到腐蚀速率。
如果设置参数不好做出来的图从直观上明显不对，可以手动校正，方法：点击拟合阴、阳极段，就可以对阴极曲线或阴极曲线进行手动拟合，其值也自动在设置栏下面显示。
双击y 轴数值，作图的电流密度对数和电流密度可以互相转换，
腐蚀速度换算公式：
金属腐蚀速度可用腐蚀失重或腐蚀深度表示，也可用腐蚀电流密度表示。
它们之间可通过法拉第定律进行换算，即
corr corr i n M i nF M 41073.3-⨯==
υ （g/m 2h ） corr i n M d ρρυ31028.3-⨯==
(mm/年) 式中：υ为腐蚀速度（g/m 2h ）；d 为腐蚀深度(mm/年)；corr i 是腐蚀电流密度（μA/cm 2）; M
为金属的克原子量(g)；n 为金属的原子价；F 为法拉第常数； ρ为金属的密度（g/cm 3
）。
注：1.以上内容摘自《电化学测试技术》刘永辉 编著 P360~361;
以钢铁为例：M=56g ，n=2，ρ=7.83cm g ，
则腐蚀速度为： corr coor i i n
M 24
1004.11073.3--⨯=⨯=υ （g/m 2h ） 腐蚀深度为：
corr corr i i n M d 231017.11028.3--⨯=⨯==ρ
ρυ (mm/年) 将实际测的腐蚀电流密度corr i （单位：μA/cm 2）代入公式即可得出结果。