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实验二十一碳钢在碳酸铵溶液中的钝化行为与极化曲线的测定一、实验目的1.测定碳钢在碳酸铵溶液中的阳极极化曲线2.掌握线性电位扫描法测试阳极极化曲线的基本原理和方法。
二、实验原理线性电位扫描法是指控制电极电位在一定电位范围内、以一定的速度均匀连续变化，同时记录下各电位下反应的电流密度，从而得到电位-电流密度曲线，即稳态极化曲线。
在这种情况下，电位是自变量，电流是因变量，极化曲线表示稳态电流密度与电位之间的函数关系：i=f（Φ）。
金属作阳极的电解池中通过电流时，通常将发生阳极的电化学溶解过程。
如阳极极化不大，阳极溶解过程的速度随电势变正而逐渐增大，这是金属的正常阳极溶解。
在某些化学介质中，当电极电势正移到某一数值时，阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低，这种现象称做金属的钝化。
处在钝化状态的金属的溶解速度是很小的，在金属防腐及作为电镀的不溶性阳极时，这正是人们所需要的。
而在另外的情况如化学电源、电冶金和电镀中的可溶性阳极，金属的钝化就非常有害。
利用阳极钝化，使金属表面生成一层耐腐蚀的钝化膜来防止金属腐蚀的方法，叫做阳极保护。
利用线性电位扫描法的阳极极化曲线如图1所示。
图1 阳极极化曲线曲线表明，电势从a点开始上升（即电势向正方向移动），电流也随之增大，电势超过b点以后，电流迅速减至很小，这是因为在碳钢表面上生成了一层电阻高、耐腐蚀的钝化膜。
到达c点以后，电势再继续上升，电流仍保持在一个基本不变的、很小的数值上。
电势升至d点时，电流又随电势的上升而增大。
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 点称为稳定区；d点以后称为过钝化区。
对应于b点的电流密度称为致钝电流密度；对应于c-d 段的电流密度称为维钝电流密度。
如果对金属通以致钝电流（致钝电流密度与表面积的乘积）使表面生成一层钝化膜（电势进入钝化区），再用维钝电流（维钝电流密度与表面积的乘积）保持其表面的钝化膜不消失，金属的腐蚀速度将大大降低，这就是阳极保护的基本原理。
点蚀研究方法--钝化曲线的测量1.金属的钝化原理在以金属作阳极的电解池中，通过电流时，通常会发生阳极的电化学溶解过程：M →M n++ne 。
当阳极的极化不太大时，溶解速度随着阳极电极电位（电极电位）的增大而增大，这是金属正常的阳极溶解。
但是在某些化学介质中，当阳极电极电位超过某一正值后，阳极的溶解速度随着阳极电极电位的增大反而大幅度地降低，这种现象称为金属的钝化。
研究金属的钝化过程，需要测定钝化曲线，通常用恒电位法。
将被研究金属例如铁、镍、铬等或其合金置于硫酸或硫酸盐溶液中即为研究电极，它与辅助电极（铂电极）组成一个电解池，同时它又与参比电极（硫酸亚汞电极）组成原电池。
以镍作阳极为例，其基本测量线路如图，这个测量回路实际上分为两部分，一是研究电极和辅助电极形成的极化回路，由mA 表测量极化电流的大小；二是参比电极与研究电极形成的电位测量回路。
图中WE 表示研究电极，CE 表示辅助电极，RE 表示参比电极。
参比电极与研究电极组成原电池，可确定研究电极的电位；辅助电极与研究电极组成电解池，使研究电极处于极化状态。
通过恒电位仪研究电极给定一个恒定电位后，测量与之对应准稳态电流值I 。
以通过研究电极的电流密度i 的对数lgi 对超电位作图，即得到金属的钝化曲线。
超电位η即为电速密度为i 时的阳极电极电位E(i)与i=0时的阳极电极电位之差：()(0)i ηϕϕ=-图是Fe 在1.0mol/L H 2SO 4溶液中的阴极极化和阳极极化曲线图。
AR 为阴极极化曲线，当对电极进行阴极极化时，阳极反应被抑制，阴极反应加速，电化学过程以H 2析出为主。
AB 为阳极极化曲线，当对电极进行阳极极化时，阴极反应被抑制，阳极反应加速，电化学图1.恒电位法测定金属钝化曲线 图2.阴极极化和阳极极化曲线图过程以Fe溶解为主。
在一定的极化电位范围内，阳极极化和阴极极化过程以活化极化为主，因此，电极的超电位与电流之间的关系均符合Tafel方程。
stop 6.1 金属的钝化现象Phenomenon of Metallic Passivation6.2 阳极钝化Anode Passivation6.3 Flade电位与金属钝态的稳定性E F and Stability of Metallic Passivation6.4 金属的自钝化Metallic Self-Passivation6.6 金属的电化学保护Electrochemistry Protection of Metal 6.5钝化理论Theories of Passivation第六章金属的钝化一定时间内电位基本恒定不变，这个电位称活F 。
值越正，金属丧失钝态的倾向越大；负，金属越易保持钝态。
之间存在线性关系。
如0.059pH -2×0.059pH图6－36-1+E t0E F+EEF 越正，易保持钝态。
是衡量金属钝态稳定性的特征参数。
6-3图6-4若阴极过程为活化极化控制，极化曲线为Tafel不同的交换电密，阴极极化的影响有三种情况：阴极极化曲线与阳极极化曲线交于a点，该点处于活化区。
阴极极化曲线与阳极极化曲线有3个交点b阴极极化曲线与阳极极化曲线交于e点。
处于稳定钝化区。
条件易达到，但同时要满足在E pp下，点，才能实现金属自钝化。
图6－7图6－8Fig.6-9参比电极的作用是测量被保护金属设备的电位并向控制系统传送信号，以便调节保护电流和保护电位。
直流电源是提供保护电流的装置。
stop_+（辅助阳极）6-5stop6-6被保护金属图6-9 辅助阳极作用示意6-86-10。
钝化膜层的固定电荷和界面态密度值钝化膜层，就像是给金属穿上的一件“隐形外衣”，它不仅保护着我们心爱的金属宝贝免受腐蚀之苦，还赋予了它们一种独特的光泽和质感。
这件“外衣”到底隐藏着多少秘密呢？今天，就让我们一起揭开它的神秘面纱，探索那些关于钝化膜层的有趣知识吧！让我们来聊聊钝化膜层的“固定电荷”。
想象一下，如果把金属比作是一块未经雕琢的璞玉，那么钝化膜层就像是雕刻师手中的刻刀，巧妙地在璞玉上刻画出美丽的图案。
这些刻痕，就是我们所说的固定电荷。
它们就像是镶嵌在金属表面的一颗颗小小的宝石，既增加了金属的美观度，又为金属带来了额外的防护功能。
我们再来说说钝化膜层的“界面态密度值”。
这个听起来有点抽象的概念，其实就是指钝化膜层与金属基体之间的相互作用力。
就像两个好朋友之间的默契，当钝化膜层与金属基体紧密结合时，这种相互作用力就会变得非常强大，使得钝化膜层更加稳定地附着在金属表面。
而当这种相互作用力减弱时，钝化膜层就容易脱落，导致金属基体暴露在空气中，从而加速腐蚀过程。
除了固定电荷和界面态密度值外，钝化膜层还有许多其他有趣的特点。
比如说，它们可以吸收水分，减少金属基体的氧化；还可以阻挡氧气和有害离子的侵入，保护金属基体不受腐蚀。
不同的钝化工艺还可以赋予钝化膜层不同的性能特点，比如提高耐腐蚀性、降低电阻率或者增强耐磨性等。
虽然钝化膜层有这么多的优点，但也不是所有的金属都适合进行钝化处理哦。
有些金属由于其特殊的物理化学性质，不适合进行钝化处理。
这就需要我们在实际应用中仔细选择材料，确保钝化效果达到最佳。
钝化膜层就像是给金属穿上的一件“隐形外衣”，它们不仅能够提高金属的耐腐蚀性，还能够赋予它们更多的美感和功能性。
在未来的发展中，随着新材料和新工艺的不断涌现，相信我们的金属世界将会变得更加多彩多姿。
