实验一电偶腐蚀 (1)

实验一、电偶腐蚀 试验目的： 通过失重法和电位、电流测量实验，了解电偶的形成与单一金属腐蚀速率、耦合电位等参数的相互关系，同时通过实验数据了解电偶腐蚀的特点、腐蚀介质、电位差、面积比等因素对电偶腐蚀的影响规律，并总结出相对应的预防措施。 穿插进行伊文斯盐水滴试验，观察氧浓差腐蚀原电池的阴、阳极反应以及阴、阳极区的划分。 试验原理： 电偶腐蚀：当一种不太活泼的金属(阴极)和一种比较活泼的金属(阳极)在电解质溶液中接触时，因构成腐蚀原电池而引发电流，从而造成（主要是阳极金属）电偶腐蚀。电偶腐蚀也称双金属腐蚀或金属接触腐蚀。 电偶腐蚀首先取决于异种金属之间的电极电位差。这一电位指的是两种金属分别在电解质溶液(腐蚀介质)中的实际电位。通常在手册、资料中能找到的是各种金属、合金在特定的介质中按腐蚀电位高低排列的电位顺序表，称作电偶序。在其它条件不变的情况下，它们之间的电位差愈大，腐蚀初始驱动力愈大。 影响电偶腐蚀的因素还有介质导电性、极化性及面积比。面积比是指阴、阳极面积比，比值愈大，即大阴极小阳极组成的电偶，其阳极腐蚀电流密度愈大，腐蚀愈严重。在腐蚀电偶的阳极区有涂层时也会出现大阴极小阳极的情况，结果造成极严重的局部腐蚀而迅速穿孔。 对于耦合电流的测定，可以采用零欧姆计直接测定耦合电流，主要就是在测定耦合电流时，不引入耦合电阻，使得测定结果具有较高的准确度。在实验室测定时如果没有零欧姆计，可以采用万用表或者直流电流表直接测定，也可以采用外加标准电阻测定电位差的方式进行评价，需要注意的是外加标准电阻越小测定准确度就越高，一般采用0.05欧姆或者更小的外加电阻，最后换算成耦合电流即可。 常用的腐蚀评定方法：

1. 失重法 由于腐蚀作用，材料的重量会发生系统变化，此即重量法测定材料抗蚀能力的理论基础。虽然近年来发展了许多新的腐蚀研究方法，但重量法仍然是最基本的定量评定腐蚀的方法，并已被广泛应用。重量法简单而直观，适用于实验室和现场试验。 失重法是一种筒单而直接的方法；它不要求腐蚀产物牢固附着在材料表面，也不考虑腐蚀产物的可溶牲，因为试验结束后必须从试样上请除全部腐蚀产物。失重法直接表示由于腐蚀而损失的材料重量，不经过腐蚀产物的化学组成分析和换算。这些优点使失重法得到广泛的应用。 失重法试验过程为：对预先制备的试样测量尺寸、经准确称重后置于腐蚀介质中，试验金属结束后取出，清除全部腐蚀产物后清洗、干燥、再称重。试样的失重直接表征材料的腐蚀程度。 在暴露试验前后与试验过程中，以及在清除腐蚀产物前后，必须仔细观察并记录材料表面和介质中的各种变化。 1.1 重量法测定腐蚀速率结果评定 重量法是根据试样在腐蚀前后的重量变化来测定腐蚀速度的。为方便各次不同试验及不同试样的数据能够互相比较，通常采用单位时间内单位面积上的重量变化表征平均腐蚀速度（g·m-2·h-1）。从腐蚀试验前后的试样重量差计算腐蚀速度v(g·m-2·h-1)。公式如下： 失重速度 AtWWWvw320 式中： A— 试样面积，m2； t — 试验周期，h； W0— 试样原始重量，g； W2—试验后含与不含腐蚀产物的试样重量，g； W3 —清除腐蚀产物时同样尺寸同种材料空白试样的校正失重，g；

1.2 重量法测定腐蚀速率时腐蚀产物清除方法 为了取得准确得失重法实验结果，必须清除试样表面的腐蚀产物，但又不损伤金属基材本身。实际上完全不损伤基材是不可能的，只要求损伤对腐蚀结果无明显影响即可。对于不同金属材料和不同腐蚀产物应采用不同的清除腐蚀产物的方法。一般有机械法、化学法和电解法三种。 1). 机械法 一般先用自来水冲洗，并用橡皮或硬毛刷擦洗，或用木制刮刀、塑料刮刀刮擦。对绝大部分疏松腐蚀产物用此法已可清除干净。但要完全清除掉腐蚀产物以精确测试或检查局部腐蚀状况时，尚需进一步采用化学法或电化学法。 2). 化学法 选择适宜的化学溶液及操作条件通过溶解除去试样表面的腐蚀产物的方法。为了保护金属基体，在化学清除的溶液中往往需要加入缓蚀剂。表10-11列出一些常用的清除腐蚀产物的化学方法。这些方法并不复杂，但在使用时有可能损伤基材，造成试验误差。为此，应在清除工作的同时，将未经腐蚀的相同尺寸的同种材料作空白试样在相同条件下清洗处理，求其失量，然后在实际试样的失重中减去此数，以取得比较真实的试样失重量。 表1-1 针对不同材质清除腐蚀产物的化学方法 材料 溶液 时间，min 温度 备注 铝合金 70%HNO3 2~3 室温 随后轻轻擦洗 20%CrO3，5%H3PO4 10 79~85 oC 用于氧化膜不溶解于硝酸的情况 铜及其合金 15~20%HCl 2~3 室温 随后轻轻擦洗 5~10%H2SO4 2~3 室温 随后轻轻擦洗

铝及其合金 10%醋酸 10 沸腾 随后轻轻擦洗，除PbO 5%醋酸铵 热 随后轻轻擦洗，除PbO 80g/LNaOH，50g/L甘露糖醇，0.62g/L硫酸肼 30或至清除为止 沸腾 随后轻轻擦洗

铁和钢 20% NaOH，20g/L锌粉 5 沸腾 浓盐酸，50g/LSnCl2+ 20g/LSbCl3 25或至清除为止 冷 搅拌溶液 10%或20%HNO3 20 60oC 用于不锈钢，需避免氯化物的污染 含有0.15%有机缓蚀剂的15%的浓H3PO4 清除为止 室温 可去除氧化条件下钢表面上形成的氧化皮 镁及其合金 15%CrO3，1%AgCrO4 15 沸腾 镍及其合金 15~20%HCl 清除为止 室温 10%H2SO4 清除为止 室温 锡及其合金 15%的Na3PO4 10 沸腾 随后轻轻擦洗

锌 先用10%NH4Cl，然后用15%CrO3，1%AgCrO4 5 20s 室温 沸腾 随后轻轻擦洗 饱和醋酸铵 清除为止 室温 随后轻轻擦洗 100g/L NaCN 15 室温

3). 电化学法 选择适当的阳极和电解质，以试样为阴极，外加直流电的电解方法。电解时阴极产生氢气，在氢气泡的机械作用下，使腐蚀产物剥离，残留的疏松物质可用机械法冲刷除净。此法效果较好，空白试样失重小。适用于碳钢和许多金属材料的两种电解操作条件示例如下：电解液为5%H2SO4，阳极为碳棒，阴极为试样，阴极电流密度为20A/dm2，加入有机缓蚀剂(如若丁)，2ml/L，温度75oC，暴露时间为3min。 实验用品： 导线，开关，0.05欧姆标准电阻，烧杯，万用表，232型饱和甘汞参比电极，盐桥，自制参比电极。锌-碳钢（面积比1：1），锌-碳钢（面积比1：5）；铜-锌，以及游标卡尺。 KQ-100型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司） HWL-1型恒电位/恒电流仪（山东电讯七厂有限责任公司） 自制实验用反应容器 实验用腐蚀介质： 普通海水、酸化海水pH=3~4 实验方法： 1． 失重法——不同面积比耦合以及单独存在条件下的腐蚀失重 2． 电位、电流测定——耦合电位和耦合电流，开路电位

实验步骤： 1． 根据实验要求的表面积，以纯锌片为基准面积将纯锌、普通碳钢试片按照1：5（1片）和1：1（各2片）的面积比切割，并除去表面的油污和锈迹； 2． 以纯锌片为基准面积将纯锌、铜试片按照1：1的面积比切割各自2片， 3． 选取面积比为1：1：1的锌、碳钢、铜各1片将表面氧化物用砂纸分别打磨除锈、碱液除油、自来水清洗、乙醇清洗晾干，干燥称重后，分别安置在装有天然海水容器中；以自制Ag/AgX电极为参比电极，开始间隔3分钟测定并记录一次各自的开路电位；测定4次后，间隔10分钟测定一次开路电位，实验一小时，将试片取出用自来水冲洗干净，滤纸擦干、吹风机风干后分别称重。记录表格见表1-3 4． 将洁净并预先分别称重的面积比为1：1和1：5的纯锌和普通碳钢试片以及面积比为1：1的铜-锌试片，按照图1-1所示方法连接好，电阻阻值选取0.05欧姆，间隔10分钟测定一次各自试片附近的电位，以及电阻两端的电位差（注意，电位测定表头的量程以及参比电极的测定位置选取），测定天然海水中的变化，测定1小时。 5． 一小时后拆开连接并将试片用自来水冲洗干净，滤纸擦干、吹风机风干后分别称量重量。 6． 将使用过的试片、仪表、测试表头等按照要求放置在固定位置。

~50mΩ标准电阻 图1-1 实验连接示意图 Cu Zn 海 水 数据记录与结果处理 分别记录上述各实验现象，并根据实验原理分析产生现象的原因。 表1-2 面积比为1:1:1的纯锌、碳钢、铜分别放置于海水中1个小时前后的重量 W0 W1 纯锌 碳钢 铜 表1-3 面积比为1:1:1的纯锌、碳钢、铜分别放置于海水中1个小时开路电位变化 1 min 4 min 7 min 10min 20min 30min 40min 50min 60min 锌 碳钢 铜 表1-4不同面积比电偶形成在海水中浸泡1小时质量和电阻两端的电位变化 电位 试样 10min 20min 30min 40min 50min 60min 实验前质量 实验结束后质量

锌1:碳钢5 锌1:碳钢1 锌1:铜1 表1-3 不同面积比纯锌、碳钢、铜分别放置于海水中1个小时耦合电位变化 电位 试样 时间 样品 1 min 4 min 7min 10min 20min 30min 40min 50min 60min

锌1: 碳钢5 Zn

Fe 锌1: 碳钢1 Zn

Fe 锌1: 铜1 Zn

Cu