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环状阳极极化曲线介绍
钝性金属在含有氯离子的溶液中，用稳态慢速电位扫描方法，先向正电位方向，然后再向负电位方向扫描所测得的呈环状的阳极极化曲线。
如图示(图暂缺)。
E b为孔蚀击穿电位，此时钝化膜开始破坏产生孔蚀；E p为孔蚀保护电位，此时钝化膜重新愈合修补好，金属恢复钝态。
这是表征金属对孔蚀敏感性的两个基本电化学参数，可评价金属的孔蚀倾向。
不锈钢丝（在硫酸加氯化钠底液里）的环形扫描曲线
不锈钢丝在HCL溶液中做的环形扫描：。
阳极极化曲线
阳极极化曲线是一种研究电解质的工具，它是在图上表示电流密度与电位的函数关系。
它可以帮助我们研究电解液的性质和特征。
阳极极化曲线向我们提供了有关离子传递过程、电解液中所含电解质正负离子浓度变化以及电解液中离子之间相互作用力等信息。
阳极极化曲线主要分为三个部分：1）稳定阶段，即电流密度不随电位变化而变化；2）极化阶段，即电流密度随电位变化而变化；3）重极化阶段，即电流密度在固定电位时有明显波动。
极化曲线的测定极化曲线的测定⼀、实验⽬的掌握恒电位测定极化曲线的⽅法，测定碳钢（圆型钢筋）在碱性溶液中的恒电位阳极极化曲线及其极化电位。
⼆、实验原理实际的电化学过程并不是在热⼒学可逆条件下进⾏的。
在电流通过电极时，电极电位会偏离其平衡值，这种现象称为极化。
在外电流的作⽤下，阴极电位会偏离其平衡位置向负的⽅向移动，称为阴极极化；⽽阳极电位会偏离其平衡位置向正的⽅向移动，称为阳极极化。
在电化学研究中，常常测定极化曲线，即电极电位与电流密度的关系。
铁在硫酸溶液中典型的阳极极化曲线如图23.1所⽰，该曲线分为四个区域：电流密度i 阳极电位φ+图23.1 阳极极化曲线1．从点a 到点b 的电位范围称⾦属活化区。
此区域内的ab 线段是⾦属的正常阳极溶解，以铁电极为例，此时铁以⼆价形式进⼊溶液，即Fe → Fe 2+ + 2e-。
a 点即为⾦属的⾃然腐蚀电位。
2．从b 点到c 点称为钝化过渡区。
bc 线是由活化态到钝化态的转变过程，b 点所对应的电位称为致钝电位，其对应的电流密度ib 称为致钝电流密度，此时Fe 2+离⼦与溶液中的-24SO 离⼦形成4FeSO 沉淀层，阻碍了阳极反应进⾏，导致电流密度开始下降。
由于+H 不容易到达4FeSO 沉淀层的内部，因此铁表⾯的pH 逐步增⼤。
3．从c 点到d 点的电位范围称为钝化区。
由于⾦属表⾯状态发⽣变化，阳极溶解过程的过电位升⾼，⾦属的溶解速率急剧下降。
在此区域内的电流密度很⼩，基本上不随电位的变化⽽改变。
此时的电流密度称为维持钝化电流密度i m 。
对铁电极⽽⾔，此时32O Fe 在铁表⾯⽣成，形成致密的氧化膜，极⼤地阻碍了铁的溶解，出现钝化现象。
4.de 段的电位范围称为过钝化区。
在此区阳极电流密度⼜重新随电位增⼤⽽增⼤，⾦属的溶解速度⼜开始增⼤，这种在⼀定电位下使钝化了的⾦属⼜重新溶解的现象叫做过钝化。
电流密度增⼤的原因可能是产⽣了⾼价离⼦（如，铁以⾼价转⼊溶液），或者达到了氧的析出电位，析出氧⽓。
1实验目的2实验原理线性电势扫描法是指在一定的范围内控制施加在WE 上的电极电势，以一定的速度均匀变化，同时记录对应电极电势下电化学反应的响应电流密度，以电极电势为自变量，电流密度为因变量，用电极电势-电流密度曲线表示实验结果，即极化曲线。
线性电势扫描法可测定电极的阴极和阳极极化曲线。
用该法测得的阳极钝化曲线常为下图所示。
E E 钝化 ii 钝化 图1 线性电势扫描法得到的金属阳极钝化曲线示意图上图中整条曲线分为四个区域：（1）AB 区间为活性溶解区。
金属发生阳极溶解，阳极电流密度与电极电势（或超电势）符合Tafel 规律；（2）BC 区间为过渡钝化区。
由于金属表面开始发生钝化，随着电极电势逐渐正移，金属的溶解速率迅速减小；（3）CD 区间为钝化稳定区。
由于金属表面已经覆盖一层致密的钝化膜，金属的溶解速度保持在一个比较小的水平，溶解速率基本不随电极电势的正移而改变；（4）DE 区间为过度钝化区。
由于在高极化状态下，电极表面发生了析氧反应或生成更高价金属离子的反应，电流密度随电极电势的正移而增大。
从极化曲线可以看出，具有钝化现象的阳极极化曲线的一个重要特点是：在BCD 区间，同一电流密度值下对应几个不同的电极电势值。
这种极化曲线是无法用恒电流法进行测量的。
可见，线性电势扫描法是研究金属钝化现象的重要方法。
影响金属钝化的因素很多。
主要有：（1）金属的组成和结构。
各种金属的钝化能力不同，即所谓的“化学因素”。
在金属中引入其它金属成分，可以改变金属的钝化行为。
如，铁中掺入镍、铬可促进钝化，并提高钝化状态的稳定性。
（2）电解质溶液的组成。
溶液的pH 值、卤素离子和氧化性阴离子对金属的钝化行为存在显著影响，即所谓“溶液因素”。
在酸性和中性溶液中，随着pH 值的增大，有利于钝化的形成。
卤素离子，特别是Cl -离子则阻碍金属的钝化，并能破坏金属的钝态。
有些氧化性的阴离子，如NO 2-等，则可促进金属进入钝态。
（3）其它因素。
镍在不同电解质中阳极极化曲线的测定(微型绿色实验)实验背景钢铁，尤其是特种钢及有色金属的年产量是衡量一个国家工业和国防发展水平的重要标志之一。
故世界各国都对本国的钢铁生产给予极大的重视并尽可能扩大钢铁的产量。
然而，由于各种原因，钢铁因腐蚀造成的损失也是惊人的。
据不完全统计，全世界各国每年仅因腐蚀而损耗的钢铁可达到当年钢铁生产总量的十分之一以上。
与此同时，有色金属的腐蚀和防护也是腐蚀研究的重要内容。
因此，金属腐蚀与防护理论及相关防腐技术的研究是与材料、环保、能源乃至其他部门密切相关的，它既有理论意义又有应用价值，既有经济效益又有社会效益。
研究金属腐蚀的方法因腐蚀机理的不同而不同。
在电化学领域，阳极极化曲线是研究金属电化学腐蚀及电化学防腐的基本工具之一，通过对阳极极化曲线的测量和分析，可以获得金属在所给介质中溶解腐蚀和钝化情况的资料，从而为金属的防护提供理论依据。
本实验将利用CHI电化学分析仪，通过对镍的阳极极化曲线的测定，研究镍在不同电解质中的腐蚀及钝化行为，考察不同添加剂对镍腐蚀行为的影响，最后要求按照规范化的科研论文的格式将研究内容写成论文。
实验提示1、关键词（key worlds）查阅《中国化学化工文摘》和《中国学术期刊文摘》，可用的关键词为：电化学腐蚀，电化学，电极，电化学测量，镍如果你想查阅美国化学文摘（C.A），可以使用的主题词有：Corrosion，Electrode，Nickel2、主要参考文献（1）《腐蚀与防护手册》，化工部化工机械研究所编，化学工业出版社出版，575~582页，1990年8月，北京（2）《腐蚀数据与选材手册》，左景伊，左禹编著，化学工业出版社出版，638~661页，1995年10月，北京（3）《中国化学化工文摘》、《中国学术期刊文摘》、美国化学文摘（C.A）（4）（英）U.R.艾万思著，华保定译，《金属的腐蚀与氧化》，机械工业出版社出版，P179~205，1976年6月，北京。
镍在不同电解质中阳极极化曲线的测定1电极极化当有电流通过电极时,电极电位偏离平衡电极电位的现象叫电极的极化。
1)阴极极化：电流通过阴极时,电极电位向负方向移动,即 EK 比 EK,e负 ,叫阴极极化。
2)阳极极化电流通过阳极时,电极电位向正方向移动 ,即EA 比EA, e正,叫阳极极化。
3)过电位当电极上有电流通过时,电极电位( EK 或 EA )将偏离平衡电极电位( EK,e 或 EA,e),二者之差值叫过电位,以ΔE表示。
ΔE= E –Ee阴极极化时, EK < EK,e,故ΔE < 0，阳极极化时, EA > EA,e,故ΔE > 0。
1.1稳态极化曲线稳态是指电极上通过的电流以及电极电位不随时间改变的状态。
在稳态下测量得到的电流密度与电极电位 (或过电位 )之间的关系曲线叫做极化曲线。
图1和图 2为典型的稳态阴极极化曲线和阳极极化曲线。
1.2电化学极化1)交换电流密度将金属 M 浸入含有 M z+离子的溶液中 ,在两相界面间便发生了物质的转移和电荷的转移 ,最后建立了物质平衡和电荷平衡 ,其电极电位即为平衡电极电位。
此时界面间金属离子的还原速度等于金属的氧化速度 ,电流密度J表示 ,叫做交换电流密度。
2)电化学极化以金属电沉积的阴极过程为例 ,当对镀液进行强烈搅拌 ,使液相传质步骤无任何困难 ,将处于平衡状态下的阴极通以外电流 ,此时电极与镀液界面间的还原反应速度一定大于氧化反应速度 ,由于电子转移步骤存在着阻力 ,还原反应不能将外电源输送的电子全部消耗 ,电极表面负的剩余荷增加 ,使得电极电位向负方向移动 ,即产生了极化。
这种由于电子转移步骤的阻力引起的电极的极化叫做电化学极化。
3)交换电流密度与电化学极化的关系交换电流密度 J是描述电极处于平衡状态的参量 ,但是它与平衡电极电位 Ee不同 , Ee 是热力学函数 ,而J是动力学函数。
两个 Ee相同的电极 ,其J0可以相差几千倍。
金属钝化是一种保护金属表面的方法，通过形成一层非活性的氧化膜来降低金属的化学活性，从而延长其使用寿命。
这一过程可以通过阳极极化曲线来进行研究和表征。
1. 介绍金属钝化的概念金属钝化是一种重要的表面处理技术，它可以提高金属材料的耐腐蚀性和机械性能。
在金属表面形成的氧化膜可以有效地防止金属与外界介质（如空气、水）发生化学反应，从而起到保护作用。
这一过程常常通过阳极极化曲线进行分析和研究。
2. 金属钝化过程的典型阳极极化曲线通常，金属钝化过程的阳极极化曲线呈现出三个典型区域：主动状态区、传质控制区和钝化区。
在主动状态区，金属处于活跃状态，电流密度随阳极电位的升高而增大；在传质控制区，金属表面开始形成氧化膜，电流密度逐渐减小；金属进入钝化区，在这一区域内，电流密度几乎不变，金属表面形成的稳定氧化膜起到了保护作用。
3. 讨论金属钝化过程中的关键因素金属钝化过程受到多种因素的影响，例如金属种类、表面处理方式、介质性质等。
在阳极极化曲线上，这些因素会导致曲线形状发生变化，反映出金属钝化过程的不同特点和表现。
4. 金属钝化在工程实践中的应用金属钝化技术在航空航天、汽车、船舶等领域有着广泛的应用。
通过对金属钝化过程的深入研究，可以更好地设计和选择适合的金属材料，并优化工艺参数，从而提高产品的耐用性和可靠性。
总结与展望金属钝化过程的典型阳极极化曲线是研究金属材料表面特性的重要手段，通过对这一曲线的深入理解，可以丰富我们对金属钝化机制的认识，为相关工程应用提供科学依据。
未来，随着材料科学和工程技术的不断发展，金属钝化技术必将得到进一步完善和应用推广。
个人观点金属钝化作为保护金属材料的一种有效方法，其研究对于提高材料的抗腐蚀性和机械性能具有重要意义。
阳极极化曲线作为研究金属钝化过程的重要工具，可以为我们揭示金属表面特性的变化规律，为工程实践提供强有力的支持。
在未来的研究中，我将继续关注金属钝化领域的最新进展，为推动该领域的发展贡献自己的力量。
Tafel曲线是表示电极电位与极化电流或极化电流密度之间的关系曲线。
如电极分别是阳极或阴极，所得曲线分别称之为阳极极化曲线(anodic polarization curve)或阴极极化曲线(cathodic polarization curve)。
Tafel方程是人类经验的总结，只适用于不存在物质传递对电流影响即极化超电势较大的情况。
根据直线的截距可求出交换电流密度。
当电极反应处于平衡时，其阴极反应和阳极反应的速度相等，此时i0称为交换电流的密度，可见，交换电流密度本身是在平衡电位下电极上出现的电荷交换速度的定量的度量值。
它既可以表示氧化反应绝对速度，又可以表示还原反应的绝对速度，没有正向与反向的速度之分。
交换电流密度定量地描述了电极反应的可逆程度，即表示电极反应的难易程度。
1.基本概念极化曲线分为四个区，活性溶解区、过渡钝化区、稳定钝化区、过钝化区。
极化曲线可用实验方法测得。
分析研究极化曲线，是解释金属腐蚀的基本规律、揭示金属腐蚀机理和探讨控制腐蚀途径的基本方法之一。
极化曲线以电极电位为纵坐标，以电极上通过的电流为横坐标获得的曲线称为极化曲线。
它表征腐蚀原电池反应的推动力电位与反应速度电流之间的函数关系。
直接从实验测得的是实验极化曲线。
而构成腐蚀过程的局部阳极或者局部阴极上单独电极反应之电位与电流关系称为真实极化曲线，即理想极化曲线。
极化现象与极化曲线为了探索电极过程机理及影响电极过程的各种因素，必须对电极过程进行研究，其中极化曲线的测定是重要方法之一。
我们知道在研究可逆电池的电动势和电池反应时，电极上几乎没有电流通过，每个电极反应都是在接近于平衡状态下进行的，因此电极反应是可逆的。
但当有电流明显地通过电池时，电极的平衡状态被破坏，电极电势偏离平衡值，电极反应处于不可逆状态，而且随着电极上电流密度的增加，电极反应的不可逆程度也随之增大。
由于电流通过电极而导致电极电势偏离平衡值的现象称为电极的极化，描述电流密度与电极电势之间关系的曲线称作极化曲线[1]金属的阳极过程是指金属作为阳极时在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如下式所示：M→Mn+ + ne图1 典型阳极极化曲线此过程只有在电极电势正于其热力学电势时才能发生。
实验五阳极极化曲线的测定
一、实验目的
1．掌握用恒电位法测定碳钢在碳铵溶液中的阳极极化曲线。
2．了解阳极极化曲线的意义和应用。
二、实验原理
1.电极的极化
在研究可逆电池的电动势和电池反应时, 电极上几乎没有电流通过，每个电极或电池反应都是在无限接近于平衡条件下进行的，因此电极反应是可逆的。
当有电流通过电池时，则电极的平衡状态被破坏，此时电极反应处于不可逆状态，随着电极上电流密度的增加，电极反应的不可逆程度也随之增大。
在有电流通过电极时，由于电极反应的不可逆而使电极电位偏离平衡值的现象称为电极的极化。
当把金属插入其盐溶液中时，金属表面上的正离子受到极性水分子的作用，有变成溶剂化离子进入溶液而将电子留在金属表面的倾向。
与此同时，溶液中的金属离子也有从溶液中沉积到金属表面的倾向。
当这种溶解与沉积达到平衡时，形成了双电层，在金属／溶液界面上建立起一个不变的电位差值，这个电位差值就是金属的平衡电位，E R表示。
当有电流通过电极时，电极电势偏离平衡电极电势，成为不可逆电极电势，用E IR表示；通常把某一电流密度下的电势E R与E IR之间的差值的绝对值称为超电势，即：η=│E IR－E R│。
影响超电势的因素很多，如电极材料，电极的表面状态，电流密度，温度，电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等。
2．极化曲线
为了探索电极过程的机理及影响电极过程的各种因素，必须对电极过程进行研究，在该研究过程中极化曲线的测定是重要的方法之一。
根据实验测出的数据来描述电流密度与电极电位之间关系的曲线称为极化曲线，如图5-1所示。
图5-1 金属极化曲线
ab.活性溶解区； b.临界钝化点； bc.钝化过渡区; cd.钝化稳定区; de.超(过)钝
化区
金属的阳极过程是指金属作为阳极时，在一定的外电势下发生的阳极溶解过程，如下式所示：
M → M n+ + ne-
此过程只有在电极电位大于其热力学电位时才能发生。
阳极的溶解速度随电位变正而逐渐增大，这是正常的阳极溶出，当阳极电位正到某一数值时，其溶解速度达到一最大值。
此后阳极溶解速度随着电位变正，反而大幅度的降低，这种现象称为金属的钝化现象。
图5-1曲线表明，电位从a点开始上升（即电位向正方向移动），电流密度也随之增加；电位超过b点以后，电流密度迅速减至很小，这是因为在金属表面上生成了一层电阻高、耐腐蚀的钝化膜；到达c点以后，电位再继续上升，电流仍保持在一个基本不变的很小的数值上；电位升到d点后，电流又随电位的上升而增大。
从a点到b点的范围称为活性溶解区；b点到c点称为钝化过渡区；c点到d点称为钝化稳定区；d点以后称为过钝化区。
对应于c～d段的电流密度称为维钝电流密度。
如果对金属通入维钝电流，再用维钝电流保持其表面的钝化膜不消失，则金属的腐蚀速度将大大降低，这就是阳极保护的基本原理。
3.．影响金属钝化过程的几个因素
影响金属钝化过程及钝化性质的因素，可归纳为以下几点：
(1) 溶液的组成。
在中性溶液中，金属一般比较容易钝化，而在酸性或某些碱性溶液中，则不易钝化；溶液中卤素离子（特别是Cl－）的存在，能明显地阻止金属的钝化；溶
2-）则可以促进金属的钝化。
液中存在某些具有氧化性的阴离子（如CrO
4
(2) 金属的化学组成和结构。
各种纯金属的钝化能力不尽相同，例如铁、镍、铬三种金属的钝化能力为铬＞镍＞铁。
因此，添加铬、镍可以提高钢铁的钝化能力及钝化的稳定性。
(3) 外界因素（如温度、搅拌等）。
一般来说，温度升高以及搅拌加剧，可以推迟或防止钝化过程的发生，这与离子扩散有关。
4．极化曲线的测量
恒电位法：将研究电极上的电位控制在某一数值上，然后测量对应于该电位下的电流。
由于电极表面状态在未建立稳定状态之前，电流会随时间而改变，故一般测出来的曲线为“暂态”极化曲线。
在实际测量中，常采用的控制电位测量方法有下列两种：
(1) 静态法：将电极电位较长时间地维持在某一恒定值，同时测量电流随时间的变化，直到电流值基本上达到某一稳定值。
如此每隔20～50 mV逐点地测量各个电极电位下的稳定电流值，即可获得完整的极化曲线。
(2) 动态法：控制电极电位以较慢的速度连续地改变（扫描），并测量对应电位下的瞬时电流值，并以瞬时电流与对应的电极电位作图，获得整个的极化曲线。
扫描速度（即电位变化的速度）应较慢，使所测得的极化曲线与采用静态法的接近。
比较上述两种测量方法，静态法测量结果较接近稳态值，但测量的时间较长；而动态法距稳态值相对较差，但测量的时间较短，故在实际工作中，常采用动态法来进行测量。
恒电流法：将研究电极的电流恒定在某定值下，测量其对应的电极电位，得到的极化曲线。
但恒电流法所得到的阳极极化曲线不能完整地描绘出碳钢的溶解和钝化的实际过程。
Abc段测不出。
本实验采用恒电位动态法测量碳钢电极的阳极极化曲线。
5.研究电极超电势通常采用三电极法，其装置如图示。
图5-2 三电极装置图
辅助电极的作用是与研究电极构成回路，组成电解池，通过电流，借以改变研究电极的电势。
参比电极与研究电极组成电池，恒电位仪测定其电势差（电动势）即以饱和甘汞
电极为参比的研究电极的电极电势值，E
研究=E+E
参比。
参比电极为负极，阳极电极为正极。
三、仪器与药品
HDY-I恒电位仪1台；碳钢电极（研究电极）1支；
饱和甘汞电极（参比电极）1支；铂电极（辅助电极）1支；
100mL三口电解池1只； 50mL量筒2只（公用）；
饱和碳酸氢铵溶液；浓氨水等。
四、实验步骤
1. 用金相砂纸将研究电极磨光，再用绒布抛光成镜面，用脱脂棉沾丙酮除油。
电极除一个工作面外，其余各面均用环氧树脂封住。
2. 打开恒电位仪开关，预热15min。
3. 用量筒分别量取30mL饱和碳酸氢铵溶液和30mL浓氨水，加至100mL三口电解池中。
固定电解池于铁架台上，将研究电极（碳钢电极）、铂电极、甘汞电极插入电解池中。
4. 将恒电位仪的接线夹分别与碳钢电极（WE研究电极）、铂电极（辅助电极CE0）、甘汞电极（参比电极）连接，检查，注意不要接错。
5. 设定恒电位仪电流档为“10mA”，工作方式为“参比”，负载选择为“电解池”，通/断方式选择“通”，先测量“参比”对“研究”电极的自腐电位(电压表数字应在0.80V 以上方为合格，否则需要重新处理研究电极)。
6. 通/断方式选择“断”将工作方式设为“恒电位”，负载调整给定电位旋钮，从自腐电位（约＋0.88V）开始，每次改变50mV，恒定2-3分钟，测量其相应的电流值；至
表头电压为－1.0V为止（注：电压表上显示的电位数字符号，与实际实验值相反）。
当调到零时，微调给定，使少许电压显示，按+/-显示-值，再以50mv间隔测到-1.0V。
7. 实验完毕，先将通/断方式选择“断”状态，再关掉恒电位仪电源，取出电极，清洗仪器。
五、数据记录与处理
1．将实验数据列成表格。
2．以电流密度为纵坐标，电极电位(相对于参比电极)为横坐标，绘出阳极极化曲线。
及i钝化的值。
3．讨论所得实验结果及曲线的意义，指出φ
钝化
六、注意事项
1．按照实验要求，严格进行研究电极表面的处理。
2．必须先测量“参比”对“研究”电极的自腐电势，合格时方能开始下一步的恒电位测定工作。
3．恒电位仪工作时，严禁将研究电极与辅助电极接线夹短路。
七、思考题
1．测定阳极极化曲线为什么要用恒电位法？
2．阳极保护的基本原理是什么?。
