极化曲线等的实验原理 2

金属极化曲线测定及机理分析一、实验目的1. 了解测定金属极化曲线的意义和方法。

2. 了解自腐蚀电势、自腐蚀电流和钝化电势、钝化电流等概念以及它们的测定方法。

3. 了解电化学保护的概念、种类及其意义。

4. 了解CHI电化学工作站基本工作原理，掌握其使用方法。

二、基本原理将一种金属(电极)浸在电解液中，在金属与溶液之间就会形成电位，这种电位称为该金属在该溶液中的电极电位。

当有外加电流通过此电极(电解)时，其电极电位会发生变化，这种现象称为电极的极化。

如果电极为阳极，则电极电位将向正方向偏移，称为阳极极化；对于阴极，电极电位将向负方向偏移，称为阴极极化。

令：(16.1)图16.1 典型的阴、阳极极化曲线对于可逆电极，即为平衡电极电位; 对于不可逆电极，为系统达到稳态时的电极电位，即稳态电极电位，或称自腐蚀电位。

习惯上将电极电流密度为i 时对应的电极电位与平衡电极电位之差定义为在该电流密度时的过电位，用符号表示。

并规定阴、阳极的过电位均为正。

根据上述定义，可以分别写出阴、阳极的过电位计算公式为：过电位是一个很重要的电化学参量。

例如在金属电沉积中，析出金属的过电位越小，消耗的电能也就越少。

在电解提纯工艺中，往往借助改变析出金属的过电位，来改变金属的析出顺序，从而获得所需的金属，达到提纯的目的。

如前所述，过电位的大小与流经电极的电流密度有关，电极电位(或过电位)与电流密度的关系曲线称为极化曲线。

图16.1是一种典型的极化曲线。

随着电流密度的增加，电极电位将越来越偏离平衡电位，亦即过电位将越来越大。

极化曲线还常用半对数座标表示，如图16.2 所示。

考察图16.2 可知，当电流密度较大时，过电位与电流密度的对数成线性关系，即：式(16.4)，式(16.5) 均称为塔菲尔(Tafel)公式。

图16.2 半对数极化曲线示意图事实上，对于任一电极总是同时存在着两个共轭反应(也可存在两对或两对以上的反应)，一是还原反应：(16.6)与之相对应的共轭反应是氧化反应：(16.7)式中o为氧化态；R 为还氧态。

极化曲线
是一种快速测定金属腐蚀速度和腐蚀倾向的方法，极化曲线的自腐蚀电位表明了材料的腐蚀趋势，电位越负说明腐蚀趋势越大，而自腐蚀电流密度icorr表明了腐蚀速度的快慢， icorr越大，说明腐蚀速度越快。

icorr是阴极极化曲线和阳极化曲线的塔菲尔区的切线交点对应的电流密度值。

操作参数：采用动电位极化曲线法评价耐蚀性能，测量溶液是3.5%NaCl，在自腐蚀电位±300mV进扫描，扫描速率为50mV/s。

显微硬度评价膜层性能
测定之前，先要将待测磨料制成反光磨片试样，置于显微硬度计的载物台上，通过加负荷装置对四棱锥形的金刚石压头加压负荷的大小可根据待测材料的硬度不同而增减。

金刚石压头压入试样后，在试样表面上会产生一个凹坑。

把显微镜十字丝对准凹坑，用目镜测微器测量凹坑对角线的长度。

根据所加负荷及凹坑对角线长度就可计算出所测物质的显微硬度值。

HV = 常数×试验力/压痕表面积≈0.1891 F/d2。

其最大的优点在于其硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的材料，任意试验力性能不受影响；缺点在于试样要求高，技术要求高，多数停留在实验室使用，致使试验效率低。

仪器操作参数：试验力1.961N（200g），测量系统放大倍数400倍（测量）、100倍（观察），加载时间10s，电源交流电220V。

实验原理
阳极氧化，
它是一种比较传统的表面处理技术，就是把金属或合金放在合适的电解液中作为阳极进行通电、处理，使得金属或合金表面生成一种氧化薄膜的电化学氧化方法。

极化曲线的测试与分析一．实验目的：掌握测定金属极化曲线的方法；二．实验装置及实验材料1．电化学测量系统（PS-268A型）1台2．计算机1台3．三电极系统（研究电极：试样；参比电极：甘汞；辅助电极；铂）1套4. 低碳钢电化学试样1个5.碳钢挂片试样4个6.过饱和KCl、蒸馏水、丙酮、脱脂棉、砂纸等若干7.量尺、分析天平、量杯、烧杯、毛刷等。

三．实验原理1、电化学腐蚀原理金属腐蚀按腐蚀机理可分为化学腐蚀，电化学腐蚀两类。

电化学腐蚀是指金属表面与电解质溶液发生电化学反应而引起的破坏。

其特点是反应过程中金属构成电极，整个系统有阳极失去电子和阴极获得电子及电子流动的产生。

电化学腐蚀服从电化学动力学的基本规律。

当金属浸入电解质溶液时，由于水分子极性的静电作用，或由于金属电子的吸附作用。

在两相界面的两侧将形成由电子层与正离子层组成的双电层。

由于双电层的存在而产生的电位差称为金属―溶液体系的电极电位。

不同的金属在不同的溶液体系中有不同的电极电位。

至今还没有可靠的方法可以测定金属电极电位的绝对值，但可以求其相对值。

通常是指定某一电位稳定的电极为基准电极也叫参比电极或参考电极，人为规定其电位值；再把它与被研究电极组成原电池；测定出原电池的电动势，则被研究电极的电极电位就被测出。

通常采用的参比电极是标准氢电极，但在实际工作中常常采用更方便、更结实的参比电极，如甘汞电极，银－氯化银电极等。

实际上，金属大多是含有杂质的或者以合金的形态存在。

因此，金属浸入电解质溶液后，其界面不是存在单一电极而是存在着几个电极，测得的电位也是其混合值，金属与电解质溶液接触一定时间后，达到的稳定电位值称为该金属在该电解质溶液中的腐蚀电位或自然腐蚀电位，又叫开路电位或混合电位。

腐蚀电位决定于金属材料的成分，金相组织结构，表面状态以及电解质溶液的成分，浓度，温度和PH值等。

腐蚀电位的大小与金属腐蚀速度之间没有简单的对应关系，但其可以大致指出金属的耐腐蚀性。

实验二铁的极化曲线的测定实验二铁的极化曲线的测定一、实验目的1、掌握恒电位法测定电极极化曲线的原理和实验技术。

通过测定Fe在H2SO4、HCl溶液中的阴极极化、阳极极化曲线，求得Fe的自腐蚀电位，自腐蚀电流和钝化电势、钝化电流等参数。

2、了解Cl-离子，缓蚀剂等因素对铁电极极化的影响。

3、讨论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用。

二、实验原理1、铁的极化曲线：金属的电化学腐蚀是金属与介质接触时发生的自溶解过程。

例如Fe →Fe2++2e (1)2H++2e →H2(2) Fe将不断被溶解，同时产生H2。

Fe电极和H2电极及H2SO4溶液构成了腐蚀原电池，其腐蚀反应为：Fe+2H+→ Fe2++H2(3)这就是Fe在酸性溶液中腐蚀的原因。

当电极不与外电路接通时，其净电流为零。

即I corr=I Fe=-I H≠0。

图1中ra为阴极极化曲线。

当对电极进行阴极极化，即加比Ecorr更负的电势，反应(1) 被抑制，反应(2)加速，电化学过程以H2析出为主，这种效应称为“阴极保护”。

塔菲尔(Tafel)半对数关系，即：图1中ab为阳极极化曲线。

当对电极进行阳极极化时，即加比Ecorr更正的电势，则反应(2) 被抑制，反应(1) 加速，电化学过程以Fe溶解为主。

符合公式：2、铁的钝化曲线：abc段是Fe的正常溶解，生成Fe2+，称为活化区。

cd段称为活化钝化过渡区。

de段的电流称为维钝电流，此段电极处于比较稳定的钝化区, Fe2+离子与溶液中的离子形成FeSO4沉淀层，阻滞了阳极反应，由于H+不易达到FeSO4层内部，使Fe表面的pH增大，Fe2O3、Fe3O4开始在Fe表面生成，形成了致密的氧化膜，极大地阻滞了Fe的溶解，因而出现钝化现象。

ef段称为过钝化区。

图3中W表示研究电极、C表示辅助电极、r表示参比电极。

参比电极和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。

恒电势法测定极化曲线恒电势法是电化学分析法中常用的一种方法，用于测定电化学反应的极化曲线，也就是反应物浓度与极化电位（或电流密度）之间的关系。

恒电势法通过控制电化学反应体系中的电势，使其在一定幅度内变化，从而测定样品的极化曲线。

本文将介绍恒电势法测定极化曲线的基本原理、实验操作和数据处理方法。

一、基本原理恒电势法是在一定电势范围内，保持电极电势恒定，同时测定电流密度（或电位）的方法。

在电化学反应中，电极电势随反应进行而变化，一般来说，反应速率随着电极电势的变化而变化，因此，通过测定电极电势变化时的电流密度，可以得到极化曲线。

二、实验操作1.实验器材（1）恒电势仪：用于控制电极电位，并记录电流密度（或电位）数据。

（2）电化学电池：包括工作电极、参比电极和计数器。

（3）化学药品：包括电解液、反应物等。

2.实验步骤（1）准备电池将工作电极、参比电极和计数器连接好，并加入适量的电解液。

（2）校准电极电位使用参比电极校准电极电位，确保电极电位精确、稳定。

以一定速率改变反应物浓度，记录此时的电流密度（或电势）值，得到极化曲线。

（4）拟合曲线通过拟合极化曲线，求出反应物动力学参数，如反应速率、反应物活化能等。

三、数据处理根据实验测得的数据，可用某些数学方法进行数据处理，拟合极化曲线。

常见的方法有线性拟合和非线性拟合。

线性拟合法：将极化曲线化为一条直线，用最小二乘法求解拟合直线的斜率和截距，从而得到反应物活化能等参数。

非线性拟合法：利用计算机软件或手动计算方法求解非线性极化曲线的拟合参数，如Tafel斜率、交换电流密度等。

四、结论恒电势法测定极化曲线是电化学分析中常用的一种方法，可以用于测定反应物的动力学行为和反应物活化能等参数。

在实验中，应注意控制反应条件，减少误差的影响，同时选择合适的数据处理方法，得到准确的结果。

实验二十三 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。

交流阻抗与极化曲线测试实验一、实验目的1、了解电化学工作站的基本结构及操作过程。

2、学习腐蚀试样的制备方法。

3、掌握交流阻抗与极化曲线的测试方法。

二、实验原理金属发生电化学腐蚀时，金属通过阳极过程溶解。

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，如式（1）。

M→M n++ne （1）此过程只有在电极电势正于其热力学电势时才能发生。

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，但当阳极电势正到某一数值时，其溶解速度达到最大值，此后阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低，这种现象称为金属的钝化现象。

钝化的发生是金属阳极过程中的一种特殊表现。

因此必须研究阳极溶解时的特性曲线。

三、实验器材实验设备为德国Zahner公司ZENNIUM电化学工作站，电化学工作站在材料腐蚀检测中占有重要地位，它将恒电位仪、恒电流仪和电化学交流阻抗分析仪有机地结合，既可以做三种基本功能的常规实验，也可以做基于这三种基本功能的程式化实验。

在实验中，既能检测电池电压、电流、容量等基本参数，又能检测体现电池反应机理的交流阻抗参数，从而完成对多种状态下电池参数的跟踪与分析。

近年来，随着软件技术及测试手段的发展，电化学工作站在电化学研究中的地位愈发重要，目前80%以上电化学及相关的材料研究，都依靠该项技术。

电化学工作站除了在材料腐蚀性研究以外，还在燃料电池、新能源材料研发等诸多领域发挥作用。

ZENNIUM电化学工作站具有特别设计的微分电容测试技术，可以完全消除测试曲线的扭曲、毛刺现象；可以按照时间顺序进行电化学阻抗、极化等软件所支持的测试，或者对同一电化学体系可以在不同时间、电位、电流、温度、压力及PH值条件下自动进行系列实验。

电解池通过导线连接到电化学工作站，实验控制信号由计算机软件系统设定，并把信号指令发送到电化学工作站，其测试结果可在计算机屏幕上显示，或通过拟合、绘图软甲将数据及图形输出。

实验材料：饱和甘汞电极1支；碳钢电极1支；铂电极1支；三室电解槽1只；3.5%NaCl溶液；1x1cm2 CoCrFeNiMo0.1高熵合金熔覆层(Mo1组)、CoCrFeNiMo0.2高熵合金熔覆层(Mo2组)与45#基体。

实验八 极化曲线的测定一、实验目的1、掌握稳态恒电势法测定金属极化曲线的基本原理和测试方法。

2、了解极化曲线的意义和应用。

3、掌握恒电势仪的使用方法。

二、实验原理1、极化现象与极化曲线当电极处于平衡状态，电极上无电流通过时，这时的电极电势称为平衡电势。

当有电流明显地通过电极时，电极的平衡状态被破坏，电极电势偏离平衡值，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，电极电势将越来越偏离平衡电势。

这种由于有电流存在而造成电极电势偏离平衡电极电势的现象称为电极的极化。

在某一电流密度下，实际发生电解的电极电势与平衡电极电势之间的差值称为超电势。

阳极上由于超电势使电极电势变大，阴极上由于超电势使电极电势变小。

超电势的大小与流经电极的电流密度有关，电极电势(或超电势)与电流密度的关系曲线称为极化曲线，极化曲线的形状和变化规律反映了电化学过程的动力学特征。

除电流密度外，影响超电势的因素还有很多，如电极材料，电极的表面状态，温度，电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等。

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+＋n e此过程只有在电极电势正于其热力学电势时才能发生。

阳极的溶解速度（用电流密度表示）随电势变正而逐渐增大，这是正常的阳极溶出，但当阳极电势正到某一数值时，其溶解速度达到最大值，此后阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低，这种现象称为金属的钝化现象。

图3-8-1为钢在硫酸溶液中的阳极极化曲线。

图中曲线表明，从A 点开始，随着电势向正方向移动，电流密度也随之增加，电势超过B点后，电流密度随电势增加迅速减至最小，这是因为在金属表面生产了一层电阻高，耐腐蚀的钝化膜。

B 点对应的电势称为临界钝化电势，对应的电流称为临界钝化电流。

电势到达C点以后，随着电势的继续增加，电流却保持在一个基本不变的很小的数值上，该电流称为维钝电流，直到电势升到D 点，电流才有随着电势的上升而增大，表示阳极又发生了氧化过程，可能是高价金属离子产生也可能是水分子放电析出氧气，DE 段称为过钝化区。

阴极极化曲线的测定实验报告一、实验目的本实验旨在通过测定阴极极化曲线，掌握电化学腐蚀的基本概念和原理，了解阴极保护的方法和应用。

二、实验原理1. 电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中发生的氧化还原反应，导致金属表面受到侵蚀和破坏的过程。

其主要原因是金属表面与溶液中存在的氧、水等物质发生氧化还原反应，形成氧化物或氢离子等产物，导致金属表面失去原有的结构和功能。

2. 阴极保护阴极保护是指通过在金属表面制造一定电位差，使其成为阴极而得到保护。

常用的阴极保护方法有阳极保护、外加电位法和牺牲阳极法。

3. 阴极极化曲线阴极极化曲线是指在一定条件下，测量阴极电位与对数电流密度之间关系得到的曲线。

该曲线可以反映出金属在特定条件下的耐蚀性和防护效果，是电化学腐蚀研究的重要工具之一。

三、实验步骤1. 准备工作（1）清洗试样：将试样用去离子水清洗干净，然后用酒精擦拭干净。

（2）制备电解质：取适量氯化钠和硫酸铜溶解于去离子水中，调节pH值至7左右。

（3）连接电路：将试样与电极连接好，接入电路中。

2. 测定阴极极化曲线（1）先进行开路电位测定，在无外加电压的情况下记录试样的开路电位。

（2）按照一定速率施加外加电压，记录不同外加电压下的阴极电位和对数电流密度。

（3）根据测得的数据绘制阴极极化曲线。

四、实验结果分析通过实验测定得到的阴极极化曲线可以反映出不同条件下金属表面的耐蚀性和防护效果。

一般来说，当阴极保护效果越好时，阴极极化曲线越平稳。

而当金属表面存在缺陷或者阴极保护效果不佳时，曲线会出现明显的波动和突变。

因此，通过对阴极极化曲线的测定和分析，可以评估金属表面的耐蚀性和防护效果，并选择合适的防腐措施进行保护。

五、实验注意事项1. 实验过程中应注意安全，避免触电和化学品溅出。

2. 试样应保持干燥清洁，避免污染和氧化。

3. 电解质的制备应按照一定比例和方法进行，pH值应控制在适宜范围内。

4. 测量数据时应注意记录准确，并进行有效处理和分析。

表观阳极极化曲线1. 概述表观阳极极化曲线是描述金属表面在电化学条件下的氧化和还原反应过程的一种方法。

通过测量电流和电势随时间变化的关系，可以获取金属材料的电化学特性。

表观阳极极化曲线可用于评估金属的耐蚀性能、电解反应的动力学和催化活性等方面。

2. 原理表观阳极极化曲线是在电化学条件下，通过在测试金属表面加上不同电流密度的外加电流，测量金属表面电势随时间变化的过程中得到的图形。

该曲线通常是由阳极极化区、穷尽极化区和阳极溶解区构成。

在阳极极化区，当外加电流密度增大时，金属表面的电势呈线性下降趋势。

这是因为增大的外加电流促使更多的阳极氧化物形成，进而降低了金属表面的电势。

随着外加电流密度进一步增大，极化曲线将会进入穷尽极化区。

在穷尽极化区，尽管继续增加外加电流密度，金属表面的电势却几乎不再变化。

这是因为金属表面出现了局部缺陷，无法形成足够的阳极氧化物。

此时，金属表面的电势趋于稳定，不再随外界电流的变化而变化。

当外加电流密度进一步增加，电势将再次开始下降，进入阳极溶解区。

在阳极溶解区，金属表面开始发生可见的溶解现象，电势的下降速率明显增大。

3. 实验方法进行表观阳极极化曲线的实验需要以下步骤：1.准备金属试样：选择合适的金属材料，制备样品，并确保其表面平整且干净，避免表面积有氧化层或其他污染物。

2.搭建电化学测试系统：使用电化学工作站或相关设备，搭建稳定的电化学测试系统。

确保测试环境稳定且控制准确。

3.测试参数设置：根据需要确定外加电流密度的范围，并设置相应的测试参数。

通常，起始电流密度较小，然后逐渐增加，直至达到设定的最大电流密度。

4.测试曲线获取：通过电化学测试设备实时记录电流和电势随时间的变化，并得到表观阳极极化曲线。

曲线通常以电势为横轴，电流密度为纵轴，绘制出来。

5.数据分析与解释：根据实际测试结果，分析曲线的特征及其中的变化趋势，并对金属材料的电化学性能进行评估与解释。

4. 应用领域表观阳极极化曲线在许多领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1.腐蚀研究：通过分析表观阳极极化曲线，可以评估金属材料的耐蚀性能，了解其在电化学环境下可能发生的腐蚀程度和行为，为腐蚀防护提供参考。

极化曲线的测定实验报告一、实验目的本实验旨在通过测量样品在不同电场下的电流，绘制出其极化曲线，并根据曲线确定样品的电导率和极化时间常数。

二、实验原理当一个物质处于外加电场中时，其内部会发生极化现象，即分子或离子在电场作用下会发生定向排列，从而使物质具有了极化性。

当外加电场被移除后，物质内部的极化效应并不会立即消失，而是以一定的速率逐渐消失。

这种现象被称为电介质的极化现象。

通过测量样品在不同电场下的电流，可以绘制出其极化曲线。

根据该曲线可以确定样品的电导率和极化时间常数。

三、实验步骤1. 将样品放置于试验盘上，并将试验盘插入到仪器中。

2. 打开仪器开关，并设置所需测试参数。

3. 施加一定大小的交变电压，并记录下相应的交变电流值。

4. 依次改变施加的交变电压大小，并记录下相应的交变电流值。

5. 根据所得数据绘制出样品的极化曲线。

四、实验注意事项1. 操作过程中应注意安全，避免触电等事故的发生。

2. 测量时应保证样品表面干燥清洁，以避免影响测量结果。

3. 测量时应注意仪器的精度和准确性，以保证数据的可靠性。

五、实验结果分析根据所得数据绘制出样品的极化曲线后，可以对样品的电导率和极化时间常数进行分析。

电导率反映了样品对电流的传导能力。

根据极化曲线可以计算出样品在不同电场下的电导率，并绘制出其变化曲线。

通过分析该曲线可以确定样品的导电特性。

极化时间常数是指在外加电场消失后，物质内部极化效应消失至原始状态所需的时间。

根据极化曲线可以计算出样品在不同电场下的极化时间常数，并绘制出其变化曲线。

通过分析该曲线可以确定样品内部分子或离子排列结构及其相互作用规律。

六、实验结论通过本次实验，我们成功地测定了样品在不同电场下的电流，并绘制了其极化曲线。

根据该曲线我们确定了样品的电导率和极化时间常数，进一步分析了样品的导电特性和内部分子或离子排列结构及其相互作用规律。

这对于深入理解电介质的极化现象具有重要意义。

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。

通过测定Fe 在NaCl 溶液中的极化曲线，求算Fe 的自腐蚀电位，自腐蚀电流 2、论极化曲线在金属腐蚀与防护中的应用 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，镁合金和钢分别与L 的NaCl 溶液构成腐蚀体系。

镁合金与NaCl 溶液构成腐蚀体系的电化学反应式为：阳极： Mg= Mg 2++2e阴极： 2H 2O+2e=H 2+2OH -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 ϕ。

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。

实验九极化曲线的测定【目的要求】1. 掌握稳态恒电位法测定金属极化曲线的基本原理和测试方法.2. 了解极化曲线的意义和应用.3. 掌握恒电位仪的使用方法.【实验原理】1. 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,如图2-19-1所示.图2-19-1 极化曲线A-B:活性溶解区;B:临界钝化点B-C:过渡钝化区;C-D:稳定钝化区D-E: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→Mn++ne此过程只有在电极电势正于其热力学电势时才能发生.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,但当阳极电势正到某一数值时,其溶解速度达到最大值,此后阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低,这种现象称为金属的钝化现象.图2-19-1中曲线表明,从A点开始,随着电位向正方向移动,电流密度也随之增加,电势超过B点后,电流密度随电势增加迅速减至最小,这是因为在金属表面生产了一层电阻高,耐腐蚀的钝化膜.B点对应的电势称为临界钝化电势,对应的电流称为临界钝化电流.电势到达C点以后,随着电势的继续增加,电流却保持在一个基本不变的很小的数值上,该电流称为维钝电流,直到电势升到D点,电流才有随着电势的上升而增大,表示阳极又发生了氧化过程,可能是高价金属离子产生也可能是水分子放电析出氧气,DE段称为过钝化区.2. 极化曲线的测定(1) 恒电位法恒电位法就是将研究电极依次恒定在不同的数值上,然后测量对应于各电位下的电流.极化曲线的测量应尽可能接近体系稳态.稳态体系指被研究体系的极化电流,电极电势,电极表面状态等基本上不随时间而改变.在实际测量中,常用的控制电位测量方法有以下两种:静态法:将电极电势恒定在某一数值,测定相应的稳定电流值,如此逐点地测量一系列各个电极电势下的稳定电流值,以获得完整的极化曲线.对某些体系,达到稳态可能需要很长时间,为节省时间,提高测量重现性,往往人们自行规定每次电势恒定的时间.动态法:控制电极电势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,以瞬时电流与对应的电极电势作图,获得整个的极化曲线.一般来说,电极表面建立稳态的速度愈慢,则电位扫描速度也应愈慢.因此对不同的电极体系,扫描速度也不相同.为测得稳态极化曲线,人们通常依次减小扫描速度测定若干条极化曲线,当测至极化曲线不再明显变化时,可确定此扫描速度下测得的极化曲线即为稳态极化曲线.同样,为节省时间,对于那些只是为了比较不同因素对电极过程影响的极化曲线,则选取适当的扫描速度绘制准稳态极化曲线就可以了.上述两种方法都已经获得了广泛应用,尤其是动态法,由于可以自动测绘,扫描速度可控制一定,因而测量结果重现性好,特别适用于对比实验.(2) 恒电流法恒电流法就是控制研究电极上的电流密度依次恒定在不同的数值下,同时测定相应的稳定电极电势值.采用恒电流法测定极化曲线时,由于种种原因,给定电流后,电极电势往往不能立即达到稳态,不同的体系,电势趋于稳态所需要的时间也不相同,因此在实际测量时一般电势接近稳定(如1min～3min内无大的变化)即可读值,或人为自行规定每次电流恒定的时间.【仪器试剂】恒电位仪一台;饱和甘汞电极1支;碳钢电极1支;铂电极1支;三室电解槽1只(见图2-19-2)2 mol·dm-3 (NH4)2CO3溶液;0.5 mol·dm-3H2SO4溶液;丙酮溶液【实验步骤】1. 碳钢预处理:用金相砂纸将碳钢研究电极打磨至镜面光亮,用石蜡蜡封,留出1cm2面积,如蜡封多可用小刀去除多余的石蜡,保持切面整齐.然后在丙酮中除油,在0.5M的硫酸溶液中去除氧化层,浸泡时间分别不低于10S.图2-19-2三室电解槽1.研究电极;2.参比电极;3.辅助电极2. 恒电位法测定极化曲线的步骤:A 准备工作仪器开启前,"工作电源"置于"关","电位量程"置于"20V","补偿衰减"置于"0","补偿增益"置于"2","电流量程"置于"200mA","工作选择"置于"恒电位","电位测量选择"置于"参比".B 通电插上电源,"工作电源"置于"自然"档,指示灯亮,电流显示为0,电位表显示的电位为"研究电极"相对于"参比电极"的稳定电位,称为自腐电位,其绝对值大于0.8V可以开始下面的操作,否则需要重新处理电极.C "电位测量选择"置于"给定",仪器预热5-15min.电位表指示的给定电位为预设定的"研究电极"相对于"参比电极"的电位.D 调节"恒电位粗调"和"恒电位细调"使电位表指示的给定电位为自腐电位,"工作电源"置于"极化".F 阴极极化调节"恒电位粗调"和"恒电位细调"每次减少10mV,直到减少200mV,每减少一次,测定1min后的电流值.测完后,将给定电位调回自腐电位值.G 阳极极化将"工作电源"置于"自然","电位测量选择"置于"参比",等待电位逐渐恢复到自腐电位±5mV,否则需要重新处理电极.重复C,D,F步骤,F步骤中给定电位每次增加10mV,直到做出完整的极化曲线.提示,到达极化曲线的平台区,给定电位可每次增加100mV.H 实验完成,"电位测量选择"置于"参比","工作电源"置于"关".【注意事项】按照实验要求,严格进行电极处理.将研究电极置于电解槽时,要注意与鲁金毛细管之间的距离每次应保持一致.研究电极与鲁金毛细管应尽量靠近,但管口离电极表面的距离不能小于毛细管本身的直径.每次做完测试后,应在确认恒电位仪或电化学综合测试系统在非工作的状态下,关闭电源,取出电极.【数据处理】1. 对静态法测试的数据应列出表格.自腐电位-0.805V阴极极化数据:电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)阳极极化数据:电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)电位(V)电流(mA)2. 以电流密度为纵坐标,电极电势(相对饱和甘汞)为横坐标,绘制极化曲线.3. 讨论所得实验结果及曲线的意义,指出钝化曲线中的活性溶解区,过渡钝化区,稳定钝化区,过钝化区,并标出临界钝化电流密度(电势),维钝电流密度等数值.活性溶解区:过渡钝化区:稳定钝化区:;过钝化区:临界钝化电流密度(电势):维钝电流密度:思考题1. 比较恒电流法和恒电位法测定极化曲线有何异同,并说明原因.恒电流法是恒定电流测定相应的电极电势,恒电位法是很定电位测定相应的电流,对于阴极极化来说,两种方法测得的曲线相同,对于阳极极化来说,由于电流和电位不是一一对应的关系,得到不同的曲线.2. 测定阳极钝化曲线为何要用恒电位法用恒电位法能得到完整的极化曲线,用恒电流法只能得到ABEF曲线,即得到活化区以及过钝化区的一部分,得不到完整的几乎曲线.3. 做好本实验的关键有哪些电极的处理;研究电极与鲁金毛细管的距离;甘汞电极的误差;电位的每次改变值;溶液中杂质离子的存在等等【讨论】1. 电化学稳态的含义指定的时间内,被研究的电化学系统的参量,包括电极电势,极化电流,电极表面状态,电极周围反应物和产物的浓度分布等,随时间变化甚微,该状态通常被称为电化学稳态.电化学稳态不是电化学平衡态.实际上,真正的稳态并不存在,稳态只具有相对的含义.到达稳态之前的状态被称为暂态.在稳态极化曲线的测试中,由于要达到稳态需要很长的时间,而且不同的测试者对稳态的认定标准也不相同,因此人们通常人为界定电极电势的恒定时间或扫描速度,此法尤其适用于考察不同因素对极化曲线的影响时.2. 三电极体系极化曲线描述的是电极电势与电流密度之间的关系.被研究电极过程的电极被称为研究电极或工作电极.与工作电极构成电流回路,以形成对研究电极极化的电极称为辅助电极,也叫对电极.其面积通常要较研究电极为大,以降低该电极上的极化.参比电极是测量研究电极电势的比较标准,与研究电极组成测量电池.参比电极应是一个电极电势已知且稳定的可逆电极,该电极的稳定性和重现性要好.为减少电极电势测试过程中的溶液电位降,通常两者之间以鲁金毛细管相连.鲁金毛细管应尽量但也不能无限制靠近研究电极表面,以防对研究电极表面的电力线分布造成屏蔽效应.3. 影响金属钝化过程的几个因素金属的钝化现象是常见的,人们已对它进行了大量的研究工作.影响金属钝化过程及钝化性质的因素,可以归纳为以下几点:(1) 溶液的组成.溶液中存在的H+,卤素离子以及某些具有氧化性的的阴离子,对金属的钝化现象起着颇为显著的影响.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的溶液中,钝化则困难得多,这与阳极产物的溶解度有关系.卤素离子,特别是氯离子的存在,则明显地阻滞了金属的钝化过程,已经钝化了的金属也容易被它破坏(活化),而使金属的阳极溶解速度重新增大.溶液中存在的某些具有氧化性的阴离子(如CrO2-4)则可以促进金属的钝化.(2) 金属的化学组成和结构.各种纯金属的钝化性能不尽相同,以铁,镍,铬三种金属为例,铬最容易钝化,镍次之,铁较差些.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,这显然与离子的扩散有关实验十二铁的极化和钝化曲线的测定一、实验目的1. 测定铁在不同pH溶液中的极化曲线。

实验一极化曲线的测定一实验目的1.1掌握用“三电极”法测定金属沉积过程的电极电势。

1.2 通过对镍在玻碳电极上的沉积电势的测量加深理解过电位和极化曲线的概念。

1.3 了解控制电位法测量极化曲线的方法。

二实验原理2.1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；电极的电极电势偏离平衡电极电势的现象称为电极的极化。

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。

测定镍沉积超电势实际上就是测定电极在不同外电流下所对应的极化电极电势，以电流对电极电势作图I～E（阴极），所得曲线称为极化曲线。

2.2研究电极超电势通常采用三电极法，其装置如图示。

图1 三电极装置图辅助电极的作用是与研究电极构成回路，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并显示以饱和甘汞电极为参比的研究电极的电极电势值。

2.3测量极化曲线有两种方法：控制电流法与控制电势法（也称恒电流法与恒电势法）。

控制电势法是通过改变研究电极的电极电势，然后测量一系列对应于某一电势下的电流值。

由于电极表面状态在未建立稳定状态前，电流会随时间改变，故一般测出的曲线为“暂态”极化曲线。

本实验采用控制电势法测量极化曲线：控制电极电势以较慢的速度连续改变，并测量对应该电势下的瞬时电流值，以瞬时电流对电极电势作图得极化曲线。

图2 阴极极化曲线三仪器与试剂LK98A微机电化学分析系统一台；甘汞电极一枝；铂电极一枝；玻碳电极一枝；100ml 烧杯3个，500ml烧杯1个；瓦特型镀镍液50ml；稀硝酸50ml；乙醇50ml；蒸馏水500ml。

极化曲线的测定与分析主讲教师:一、实验目的1．掌握恒电位法测定阳极极化曲线的原理和方法。

2．通过阳极极化曲线的测定，判定实施阳极保护的可能性，初步选取阳极保护的技术参数。

3．掌握恒电位仪的使用方法。

二、实验原理阳极电位和电流的关系曲线叫做阳极极化曲线。

为了判定金属在电解质溶液中采取阳极保护的可能性，选择阳极保护的3个主要技术参数—致钝电流密度、维钝电流密度和钝化区的电位范围，需要测定阳极极化曲线。

阳极极化曲线可以用恒电位法和恒电流法测定。

图1是一条较典型的阳极极化曲线。

曲线ABCDE是恒电位法（即维持电位恒定，测定相对应的电流值）测得的阳极极化曲线。

当电位从A逐渐正向移动到B点时，电流也随之增加到B点，当电位过B点以后，电流反面急剧减小，这是因为在金属表面上生成了一层高电阻耐腐蚀的钝化膜，钝化开始图1 可钝化金属的阳极极化曲线发生。

人为控制电位的增高，电流逐渐衰减到C。

在C点之后，电位若继续增高，由于金属完全进入钝态，电流维持在一个基本不变的很小的值——维钝电流i p 。

当电位增高到D 点以后，金属进入了过钝化状态，电流又重新增大。

从A 点到B 点的范围叫活化区，从B 点到C 点叫活化－钝化过渡区，从C 点到D 点叫钝化稳定区，过D 点以后叫过钝化区。

对应于B 点的电流密度叫致钝电流密度i pp ，对应于C 点或D 点的电流密度叫维钝电流密度i p 。

若把金属作为阳极，通过致钝电流使之钝化，再用维钝电流去保护其表面的钝化膜，可使金属的腐蚀速度大大降低，这是阳极保护原理。

用恒电流法测不出上述曲线的BCDE段。

在金属受到阳极极化时，其表面发生了复杂的变化，电极电位成为电流密度的多值函数，因此当电流增加到B点时，电位即由B点跃增到E点，金属进入了过钝化状态，反映不出金属进入钝化区的情况。

由此可见，只有用恒电位法才能测量出完整的阳极极化曲线。

本实验采用恒电位仪逐点恒定阳极电位，同时测定对应的电流值，并在半对数坐标系上绘成曲线，即为恒电位阳极极化曲线。