电化学腐蚀实验

电化学腐蚀电位和电流的测量
通过改变附加在系统上的电压，测量系统的电流
三电极法测量系统电极电位
工作电极
辅助电极
参比电极
腐蚀电池的极化
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。
阳极极化
阳极上有电流通过时，其电位向正方向移 动，称为阳极极化。产生阳极极化有：活化 极化、浓差极化、电阻极化
2. 实验原理
每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位，称之为
该金属的腐蚀电位（自然电位）。
腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易，腐蚀电位 愈负愈容易失去电子。
当金属的电位比腐蚀剂的还原反应或与它接触的其它 金属的电位低时，产生腐蚀电流，发生腐蚀。在腐蚀 电流的作用下，作为微电池阳极的金属不断溶解，导 致腐蚀破坏。
腐蚀电化学实验
电化学腐蚀 腐蚀电化学测试原理 动电位扫描实验
电化学腐蚀
定义：金属与电解质发生电化学反应而引起的变质或破坏过程。 原因：金属组织的不均匀性或电解质中的浓度差（例如氧）导致电
位不同而形成了腐蚀原电池。 电荷转移：电势较低的部位易失去电子而遭受氧化腐蚀，称此为阳
极，而电势较高的部位是阴极，它将阳极流来的电子传给电解质 中被还原的物质，发生还原反应，因此阴极仅起电子传递作用而 不受腐蚀。 阳极反应 ：M→Mn++ne
阴极极化
阴极上有电流通过时，电位向负方向移动， 这种现象叫阴极极化。阴极极化有：活化极 化(或电化学极化)、浓差极化
极化行为测量装置
阴、阳极电位随电 流强度的变化
Ia
(-)极 放电(原电池)
Red1 Ox1+z1e
Ox2+z2e
(+)极
Red2
Ic
电
阳极 ηa
V
ηc 阴极 流
强
ϕ- ϕi,-
大，此时阴极上积累了大量电子，阴极极化
加强了，阴极得到了保护。因此，最小保护 电流可选择在IB和IC之间，如IN点，最小保护 电位选择在EB与EC之间，如EN点。
典型的阴极极化曲线
CD段：当外加阴极电流从IC继续增加时，阴极电位仍然负移，但变 化不太大。在这一阶段里阴极上增加了一个氢的去极化过程，即
化，这就形成了阴极极化。
2. 实验原理
电极上通过的电流密度越大，电极电位偏离程 度也越大。控制外加电流使其由小到大逐渐增 加，便可以测得一系列对应于电流的电位值。
把极化电流 I 对阴极电位E作图，即得到阴极 极化曲线。
测定极化曲线的方法主要有两种：
恒电位法 恒电流法
恒电位法
原理
I = f (E) 以电位为自变量，通过调节使电极恒定在某一电位，测量相应
的极化电流值； 然后把电位恒定在另一数值上再读取新的极化电流值， 这样逐点地测定，得到相应的极化电流随电位变化的函数关系。
控制电位以规定的速度连续线性变化，同步地记录相应
的电流随电位的变化，自动给出极化曲线，这就称为动 电位扫描法。这种方法具有恒电位的性质，故也称为恒
ϕi,- ϕi,+
ϕi,-
ϕi,+
ϕi,+
度
ϕ+
E
ηc
ηa
V
Ic
阴极
Ox1+z1e
充电(电解池) 阳极
Red1
Red2 Ox2+z2e
Ia
活性溶解区 过渡钝化区
过钝化区
稳定钝化区
临界钝化电位
动电位扫描
1) 实验目的
• 掌握动电位扫描法测定阴极极化曲线的原理和方法。 • 运用阴极极化曲线判定施行阴极保护的可能性。 • 熟悉利用计算机测控系统进行电化学实验的技术 。
工作电极是本次实验所要研究的电极，测量它处于不 同电位下的极化电流。参比电极的作用是使研究的各 电极有个电位基准，以此确定各电极的电位。辅助电 极的作用仅仅和工作电极形成回路，让极化电流通过。
实验内容和步骤
A. 配制3%NaCl溶液 称取6克NaCl倒入烧杯，加入适量蒸馏水，搅拌至完全 溶解，移入容量瓶，并加蒸馏水到刻度线，配成均匀溶 液。
盐桥的连通
a. 先通过吸耳球从吸液口将待测溶 液吸入到盐桥内，并使之充满， 再用橡胶帽封口。
b. 取适量饱和KCl 溶液到注入到盐 桥的内套管内，使液面低于管口 约1cm。
c. 将参比电极先插入乳胶管中，然 后一起塞入盐桥的内套管，并使 之紧密（可将乳胶管反向卷起再 塞入玻璃套管），通过负压使内 孔溶液不致通过多孔砂芯泄漏。 约1～3 分钟后，内外溶液经多孔 陶瓷连通，并形成电回路。
粘土
砂土
(e) 氧浓度差异
表面状态不同缝内 Cu2+浓度比缝外高
铜 铜
(f) 金属离子浓度差
ห้องสมุดไป่ตู้
最简单的电化学测量
当一个金属被置于某种溶液中，金属的腐蚀造成与溶 液之间的一个电动势Ecorr
Ecorr无法单独测量，因测量需要回路 需用参比电极
饱和甘汞电极、滴汞电极， 标准氢电极 ……
腐蚀电池：
组成和反应与原电池相同，但腐蚀电池为短路的 腐蚀电池仅是一个能进行氧化还原反应的电极体
系，电极反应的结果导致阳极金属氧化溶解而发生 腐蚀。
腐蚀原电池的组成
A
K
Zn
Cu
Zn
Cu
Cu Cu Cu
HCl溶液
HCl溶液
(a)Zn块和Cu块通 过导线联接
(b) Zn块和Cu块直 接接触（短路）
电位扫描法。 “动”和“恒”分别指的是电位的给定方式和研究电极
的电位跟随给定电位而保持在给定电位值。
阴极极化曲线
极化曲线ABCD明显地分为3段：
AB段：当外加阴极电流由IA增加到IB时，由 于阴极处于极化的过渡态，电位由EA逐渐向 负方向移到EB，其电位变化不大。
BC段：当外加阴极电流继续增大到IC时，阴 极电位由EB突然变化到EC，这时电流变化不 大，可是电极电位向负的方向移动幅度却很
阳极Zn: Zn → Zn2++2e （氧化反应） 阴极Cu: 2H++2e → H2 ↑（还原反应）
Zn
(c) Cu作为杂质分 布在Zn表面 (短路)
常见材料的电位
腐蚀电池形成原因举例
钢 铝
渗碳体
新管道 旧管道
(a) 不同金属组合 应力集中
(d) 应力及形变差异
铁 (b)金属中含杂项
(c) 表面状态不同
实验用品
PAR 263A电化学测试系统 工作电极（690合金、304、316不锈钢) 饱和甘汞电极（参比电极） 铂电极（辅助电极） 专用电解池（250mL） 氯化钾、氯化钠 200mL容量瓶 洗耳球 试样打磨、清洗、干燥用品 药物天平 150mL烧杯
1套 各1支 1支 1支 1个 称重 1个 1个 1套 1个 1个
B. 配制饱和KCl溶液 在烧杯中倒入50mL蒸馏水，称取约6克KCl倒入烧杯， 搅拌，直至烧杯中一直保持有少许KCl晶体。
C. 打磨工作电极 将工作电极依次用400#、600#及1000#耐水砂纸打磨， 用无水乙醇清洁表面，晾干待用。
D. 连接电解池 将工作电极、辅助电极插入电解池内，参比电极应放入套 式盐桥内，然后与测试系统的三根对应电缆相连。
例如：Fe→Fe2++2e; Al→A3++3e; Zr→Zr4++ 4e
阴极反应 ：2H++2e→H2； O2+H2O+e→OH电化学腐蚀是由阳极反应、阴极反应和电荷转移三个基本过程组成
腐蚀电池
原电池：
是一个能够通过氧化还原反应，将其化学能转变为 电能的装置。其电池电动势为阴极与阳极之间的电 势差： E=Ec－Ea
三电极系统测量装置
PAR 263A 恒电位/恒电流仪
电解池
谢谢！
2. 实验原理
在自然腐蚀过程中，阳极区由于氧化反应释放 出的电子移向电位较高的阴极区，阴极区吸收 电子发生还原反应，电子不会在阴极积累。
当腐蚀体系在外加阴极电流作用下，阳极释放 电子的速度加快，阴极还原反应不能及时吸收 阳极释放出的电子，则电子在阴极积累，使阴 极的电位偏离其自然腐蚀电位，向负方向变
2H+ + 2e→H2↑。当阴极电位达到ED点之后，氢的去极化作用加 剧，在阴极上析出大量氢气，对阴极表面的涂层有破坏作用。所以
采用阴极保护时，最大的阴极保护电位应在ED和EC之间。
实验装置原理
• 本实验是基于三电极 电化学测试系统。
• 三电极系统包括工作 电极(W) 、辅助电极 (C)和测量电极电位 的参比电极(R) 。