极化曲线对金属腐蚀特性的研究
一、目的和要求
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316L 不锈钢和2250（850℃热处理）不锈钢在3.5% NaCl 溶液中的极化曲线，测出不锈钢的自腐蚀电位，比较不锈钢在腐蚀溶液中的腐蚀特性；
3、 掌握极化曲线对金属腐蚀特性的分析方法。
二、基本原理
当金属浸于腐蚀介质时，如果金属的平衡电极电位低于介质中去极化剂（如H +或氧分子）的平衡电极电位，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。在本实验中，不锈钢与NaCl 溶液构成腐蚀体系。
钢与NaCl 溶液构成腐蚀体系的电化学反应式为：
阳极： Fe= Fe 2++2e
阴极： 2H 2O+2e=H 2+2OH -
腐蚀体系进行电化学反应时的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c ?。根据法拉第定律，即在电解过程中，阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比，故可阴阳极反应的电流密度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。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。在腐蚀点位附近积弱极化区的举行集会测量可以可以快速求得腐蚀速度。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，βa 、βk 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。
这就是腐蚀金属电极的极化曲线方程式，令 令?E 称为腐蚀金属电极的极化值，?E ＝0时，I ＝0；?E>0时，是阳极极化，I>0,体系通过阳极电流。?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
)]ex p()[ex p(k
c a c corr k a i i i I β??β??---=-=c
E ??-=?)]ex p()[ex p(k
a corr E E i I ββ?--?=
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，?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。
图2-1 塔菲尔推法求金属腐蚀电流的基本原理
三、仪器药品和实验装置
PS268型电化学测量仪、316L 不锈钢试样、2250（850℃热处理）不锈钢试样、五口瓶、饱和甘汞电极；辅助电极为铂电极、配置的 3.5%氯化钠溶液，铜导线，松香；石腊；如图所示：
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a corr a E i i I β?==corr
a corr a i I
b i I
E lg ln ==?β)ex p(k corr E i I β?--=corr k corr k i I b i I E lg ln ==?-
β
图 3-1 PS-268A 电化学测量仪 图3-2 五口瓶
四、实验步骤
1、试样的制备
采用线切割机将样品切割成尺寸为11 mm ×11mm ×10mm 的电化学腐蚀实验用样品，对样品的待腐蚀面进行研磨抛光处理。将样品用铜导线缠绕，用镶样机镶嵌绝缘胶包裹样品，留下抛光面；测得两种不锈钢的腐蚀面积分别为1.049cm 2、1.58cm 2 ；然后待绝缘胶干后将样品于待腐蚀的溶液中浸泡 0.5 h 。
2、腐蚀溶液的配制
配置3.5%的NaCl 溶液，溶剂体积均为1000ml ，则NaCl 固体质量：
3.5% NaCl ：用天平称取固体NaCl 质量x ，则
%5.31000
=+x x 即x=36.2g 3、 试样极化曲线测量
将待测合金作为工作电极，置于三电极体系电解液中。工作电极为不锈钢试样，辅助电极为铂片,参比电极为饱和甘汞电极；采用PS268型电化学测量仪测量样在3.5% NaCl 溶液的电化学腐蚀 Tafel 曲线。起始扫描电位为自腐蚀电位 -900mV ，终止电位-350mV ，电位扫描速度60mV/min ；
PS268操作使用方法如下：
文件--简单试验--自腐蚀电位跟踪--极化曲线测量--试验--试验信息--弹出自定义试验指导按照图3-1操作如下：
图3-1 自定义试验指导图
1）输入数据文件；
2）输入电极面积：
3）控制方式，选控电位；
4）延时600s ；
5）波形选择，单方向选锯齿波；
6）采样1s ；
7）选择起始电位-900mV ；
8）输入扫描速率60mV/min ；
9） 选择终极电位-350mV 终止条件；
10）选指定电位极化电位参考，选标准氢电极;
11) 确定极化周期；
12）按开始试验；
13) 由电脑输出数据，用Origin 软件进行曲线拟合
五、实验结果和数据处理 -5-4-3-2-1
012-600
-400
-200
200400
600
E (m V )logi (mA/cm 2)
316L 不锈钢 2205（850℃）不锈钢
图5-1 361L 不锈钢和2205（850℃）不锈钢极化曲线对比图 如图5-1为361L 不锈钢和2205（850℃热处理）不锈钢极化曲线对比图，从图中可以看出两种不锈钢的自腐蚀电位分别为-198.6mV 和-268.8mV ,明显看出316L 不锈钢的自腐蚀电位大于2205（850℃）不锈钢，说明在相同腐蚀环境下，316L 不锈钢的腐蚀倾向比2205（850℃）不锈钢小，耐腐蚀性能较好，原因分析：
（1） 由于两种不锈钢材料合金元素成分不同，从而导致耐腐蚀性能的差异； 2205(850℃) 361L
（2）热处理工艺导致2205（850℃）不锈钢组织结构与316L不锈钢的的差异，从而造成耐腐蚀性能的差异性；
六、思考与讨论
（1）解释平衡电极电位、自腐蚀电位有何不同？
答：平衡电极电位是指腐蚀电池开路时未发生极化时的阴极反应和阳极反应的平衡电位；而自腐蚀电位腐蚀体系的混合电位，由同时发生的两个电极过程共同决定，是不可逆的非平衡电位。
（2）自腐蚀电位的大小能否反映金属的腐蚀速度？
答：自腐蚀电位是热力学概念，是其发生腐蚀反应热力学趋势的一种量度；而腐蚀速度是动力学概念，二者之间没有必然的联系。自腐蚀电位越负，说明发生腐蚀的可能性越大，腐蚀电位说明腐蚀的趋势，但腐蚀速度一般与其他因素有关，如溶液的电阻率，腐蚀速度一般用腐蚀电流密度来表征。
开
放
性
试
验
金材1002
李佳典
201012030209
