北方民族大学材料学院选修实验报告(综合设计型)
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实验目的
通过腐蚀微电池,原电池,极化与去极化,金属的钝化和阴极超电压队腐蚀速度的影响等四个定性实验使学生对金属的电化学腐蚀原理得到初步的感性认识,从而加深队金属腐蚀基础理论理解
实验原理
一.腐蚀原电池微电池
1.金属表面化学成分不均匀性而引起的腐蚀微电池。如金属固溶体在表面化学成分不单一,而形成电池。
北方民族大学材料学院选修实验报告(综合设计型)
专业班级
材料科学与工程
学号20083174
姓名
陆彬
分数
实பைடு நூலகம்名称
金属材料腐蚀与保护实验
时间
2012.3.26--2012.3.30
预习思考题
1为什么要研究金属的腐蚀和保护?
答:由于金属材料的化学活动性,力学性能,电学性能,磁学性能都是有一个很大的差异的材料,其应用范围很广。而金属的腐蚀不仅会严重影响金属材料的以上的性能,而且会带来其他的损失。例如由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10~20%.金属腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失就更无法计算.,因此研究金属的腐蚀有很重要的意义。
实验结果
即使活动性比较大的金属元素,纯物质被腐蚀的速度也比较慢。当形成原电池或微电池时会大大加剧腐蚀速度。
虽然理论上能够回答如何避免形成原电池或微电池,但出于人类的对材料性能的需要和生产工艺水平的限制,则避免不了其形成。因此金属腐蚀绝大部分都是因为电化学腐蚀。这是不能避免的,只能尽最大努力进行减缓。例如钝化表面,电极保护,镀膜,单晶等方法。
2.浓差电池。
三.金属的钝化
在外部形成致密保护层,阻止内部金属继续被腐蚀。
实验内容
1.腐蚀微电池
将钢板除锈抛光,将NaCl,K4[Fe(CN)6],酚酞的混合液滴在铺有滤纸的钢板上。观察现象
现象:黄色液体出现浅绿色斑点,逐渐在滤纸上扩大,颜色逐渐加深。过一段时间翻开滤纸,发现深绿色液体。
2.极化与去极化
2.金属组织不均匀性而构成的腐蚀微电池。金属在凝固过程中形成的晶界和不同组织不同的相之间存在电势差,合金的偏析形成不同区域存在电势差,构成微电池。
3.金属表面的物理状态不均匀性构成的腐蚀微电池。如应力分布,温度场等。
4.金属表面覆膜不完全,形成微电池。
二.原电池腐蚀
1.不同金属放入相同或者不同电解质中。
钢在40%的硝酸中,迅速反应,持续生成大量气泡,反应越来越剧烈,冒出棕黄色的烟。溶液颜色从无色变成黄色。
钢在60%的硝酸中,起初剧烈反应,生成大量气泡,后反应速度逐渐减缓,至无现象。
4.阴极超电势对腐蚀速度的影响
把纯Zn置于0.5mol/L的HCl中,观察现象,分别用铜,铅与锌接触,观察现象。
纯Zn与0.5mol/L的HCl缓慢反应,放出气泡,当与铜锌接触时,反应加剧,冒泡速度增大。测量电压,Cu-Zn约0.7伏特。
原电池形成的根本原因是不同金属接触,由于电负性和自由电池浓度不同,会形成一个瞬时电流,之后再电解质溶液中,会拉大氧化和还原电位差,使得反应动力加大。从而加速金属腐蚀。
2.氢气在金属表面的析出,超电压对其析出有什么影响。为什么?
超电压会加速氢气的析出。因为超电压的形成会使阳极的还原性更强,同时使阴极的氧化能力更强,氧化还原电位增大,反应速度加快。
复习思考题
1.腐蚀微电池和原电池形成的根本原因是什么?
答:腐蚀微电池的原因是存在梯度。即表面或内部的化学成分的量对空间的微商不为零,表面或内部的物理状态如温度或应力等对空间的微商不为零。正因为这些量对空间的微商不为零,所以能量分布或者电势分布在空间上存在梯度,因而吉布斯自由能有降低的趋势,这个吉布斯自由能降低的能力正是微电池形成的最根本原因。在产品上能形成微电池则是因为纯金属在使用时达不到相应的性能,因而进行掺杂处理,主要是成为合金,使其力学性能,化学性能,电学性能等满足人们的需求,这是形成腐蚀微电池的人为原因。
将Cu与Zn放在3%的NaCl溶液中,形成腐蚀微电池。接通开关,观察电流变化。
现象:接通电路瞬间,电流迅速增大,峰值为10mA,然后逐渐降低,约在1.5mA达到稳定。
3.金属的钝化
把钢试样依次浸在20%,40%,60%的硝酸中。观察腐蚀速度。
现象:钢在20%的硝酸中,缓慢反应,冒出大量气泡,溶液颜色从无色变为淡黄色。底部沉积一层黑色物质。