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实验一：恒电位法测定阳极极化曲线一．实验目的1． 熟悉恒电位仪测定极化曲线的方法；2． 了解金属钝化现象及活化钝化转变过程二．基本原理极化曲线测量是金属电化学腐蚀和保护中一种重要的研究手段。
测量腐蚀体系的极化曲线，实际就是测量在外加电流作用下，金属在腐蚀介质中的电极电位与外加电流密度之间的关系。
某些金属在特定介质中存在钝化现象，表面生成一层具有保护作用的钝化膜，其阳极极化曲线如图所示：图1－1. 具有活化钝化转变的阳极极化曲线图中Ⅰ区为活化区，Ⅱ区为钝化过渡区，Ⅲ区为钝化区，此时金属表面生成一层具有保护性的钝化膜，Ⅳ区为过钝化区，钝化膜破裂，极化电流增大。
图中a 点所对应的电流密度为维钝电流密度，b 点所对应的电流密度为致钝电流密度。
为了判定金属在电解质溶液中采用阳极保护的可能性，选择阳极保护的三个主要技术参数——致钝电流密度、维钝电流密度和钝化电位，必须测定阳极极化曲线。
三．实验仪器及用品恒电位仪，极化池，参比电极，辅助电极，工作电极，天平，量筒，水浴锅，温度计，搅拌棒，碳酸氢铵，氨水，无水酒精棉，水砂纸，四．实验步骤1． 配制实验溶液100毫升去离子水在水浴中加热至40度左右，放入22.9克碳酸氢铵，用玻璃棒搅拌至完全溶解，再加入9毫升氨水；2． 测定阳极极化曲线用水砂纸打磨工作电极至光亮，用无水酒精棉擦干待用；按照仪器要求连线，盐桥尖端与研究电极齐高，经教师确认无误方可开始实验；极化速度100mv/分钟。
实验完毕后拆线，整理实验台。
lgiab五．实验报告要求1．姓名、学号、班级2．试验目的：根据自己的理解简述3．实验原理：根据自己的理解简述，请勿抄书或实验讲义4．仪器药品及实验步骤：简述5．实验数据在表中列出实验数据6．数据处理作E－lgi曲线图，在图中标明致钝电流密度、维钝电流密度及钝化电位区间，并附表列出。
7．结果分析要求对所得的试验结果进行讨论分析，得出最终结论，文中引用参考文献处用上角标[1]的格式标明，并在试验报告后列出所引用的文献。
Tafel曲线测定金属的腐蚀速度一、目的1．掌握tafel测定金属腐蚀速度的原理和方法。
2．测定不锈钢在0.25mol/L的硫酸溶液中腐蚀电密i c 、阳极塔菲尔斜率b a和阴极塔菲尔斜率b c。
3．对活化极化控制的电化学腐蚀体系在强极化区的塔菲尔关系加深理解。
4. 学习绘制极化曲线。
二、实验原理金属在电解质溶液中腐蚀时，金属上同时进行着两个或多个电化学反应。
例如铁在酸性介质中腐蚀时，Fe上同时发生反应：Fe →Fe2+ +2e2H+ +2e →H2在无外加电流通过时，电极上无净电荷积累，即氧化反应速度i a等于还原反应速度i c ,并且等于自腐蚀电流I corr ,与此对应的电位是自腐蚀电位E corrr。
如果有外加电流通过时，例如在阳极极化时，电极电位向正向移动，其结果加速了氧化反应速度i a而拟制了还原反应速度i c ,此时，金属上通过的阳极性电流应是：I a= i a-|i c| = i a+ i c同理，阴极极化时，金属上通过的阴极性电流I c也有类似关系。
I c= -|i c| + i a= i c+ i a从电化学反应速度理论可知，当局部阴、阳极反应均受活化极化控制时，过电位（极化电位）η与电密的关系为：i a=i corr epx(2.3η/b a)i c = -i cor r exp(-2.3η/b c)所以I a =i corr[exp(2.3η/b a)- exp(-2.3η/b c)]I c= -i corr[exp(-2.3η/b c)- exp(2.3η/b a)当金属的极化处于强极化区时，阳极性电流中的i c和阴极性电流中的i c都可忽略，于是得到：I a =i corr exp(2.3η/b a)I c=-i corr exp(-2.3η/b c)或写成：η=-b a lg i coor+b a lg i aη= -b c lg i corr+b c lg i c可以看出，在强极化区内若将η对lg i作图，则可以得到直线关系[见《热力设备腐蚀与腐蚀》p257Fig.14—12（a）]。
电化学曲线极化曲线阻抗谱分析一、极化曲线1.绘制原理铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2,即：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 （a）当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。
在稳定状态下，铁溶解的阳极电流在数值上相等但符号相反，即： 1 1 - 12.图形分析（1）斜率斜率越小，反应阻力越小，腐蚀速率越大，越易腐蚀。
（2）同一曲线上各各段形状变化如图2,在section2中，电流随电位升高的升高反而减小。
这是因为此次发生了钝化现象，产生了致密的氧化膜，阻碍了离子的扩散，导致腐蚀电流下降。
（3）曲线随时间的变动以7天和0天两曲线为例，对于Y轴，七天后曲线下移（负移），自腐蚀电位降低，说明更容易腐蚀。
对于X轴，七天后曲线正移，腐蚀电流增大，亦说明更容易腐蚀。
二、阻抗谱1.测量原理它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，都包含了施加信号电压（或电流）对测得的信号电流（或电压）的相位移及阻抗的幅模值。
从这些数据中可以计算出电化学响应的实部和虚部。
阻抗中涉及的参数有阻抗幅模（I Z |）、阻抗实部（Z,）、阻抗虚部（乙,）、相位移（B ）、频率（3）等变量，同时还可以计算出导纳（Y）和电容（C）的实部和虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示。
I（Fe）的大小反映而维持I（Fe）, I（H）相等时的电势称为Fe/H+体系的自腐蚀电势& corFe在H+中的溶解速率,图丄极化曲线图1是Fe在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。
当对电极进行阳极极化定对应的极化电势和极化电流,当对电极进行阴极极化,图2铜合金在海水中典型极化曲线（即加更大正电势）时，反应（c）被抑制，反应（b）加快。
此时，电化学过程以就可得到Fe/ H+体系的阳极极化曲线rba。
即加更负的电势时，反应（b）被抑制，电化学过程以反应（c）为主要倾向。
Fe的溶解为主要倾向。
通过测同理，可获得阴极极化曲线rdc。
电化学曲线极化曲线阻抗谱分析一、极化曲线1 •绘制原理铁在酸渚液中.将不断被渚解.同时产生H2・即：Fe・2H+ = Fe2+ ・H2(a)肖电极不与外电路接通时•其净电滅I总为寥。
在稳定状态下•铁落解的阳极电流I(Fe)和H+还原岀H2的阴极电流1(H). 它们在数值上相等但符号相反.即：(1)I(Fe)的大小反映Fe在H■屮的溶解速率.而维持I(Fe)・ 1(H)相等时的电势称为Fe / H■体系的口网蚀电势t cor图1是F E在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。
图2铜合金在海水中典型极化曲线当对电极进行阳极极化(即加更大正电势)时.反应(c)被抑制.反应(b)加快。
此时•电化学过程以Fe的溶解为主耍倾向。
通过测定对应的极化电势和极化电潦.就可得到Fe / H丰体系的阳极极化曲纟戈rba肖对电极进行阴极极化.即加更负的电势时.反应(b)妓抑制•电化学过程以反应(c)为主要倾向。
同理•可获得阴极极化曲线rdco2 •图形分析(1) 斜率斜率越小.反应阻力越小.腐蚀速率越大.越易腐蚀，斜率越大.反应阻力越大.腐蚀速率越小.越耐腐蚀。
(2) 冋_曲线上各各段形状变化如图2.在section?中.电涼随电位升高的升高反而戚小.这是因为此汝发生了钝化现象.产生了致密的嶽化膜•阻碣了离子的扩散.导致腐蚀电流下降，(3) 曲线随时间的变动以7天和0天两曲线为例.对于丫轴・七天启曲线下移（员移）.自腐蚀电位降低.说明更容易腐蚀。
对于X轴.七天后曲线正移.腐蚀电涼增大.亦说明更容易腐蚀，二、阻抗谱1.S1S原理它堤基干测虽对体系施加小俯度微扰时的电化学响应.在每个测址的频率点的原始数据屮.都包含J'施加信号电压（或电流）对测得的信号电流（或电圧〉的相位移及阻抗的幅模值。
从这些数州中可以计算出电化学响应的实部和虚部。
阻抗中涉及的参数冇阻抗4/I幅模（|Z|X阻抗实部（Z,〉、阻抗虚部（Z,,〉、相位移（0人频率〈3〉等变瓯问时还可以计算出导纳（Y）和电容（C）的实部和虚部•因而阻抗谱可以通过多种方式表示。
极化曲线测量极化曲线测量董泽华为了探索电极过程的机理及影响电极过程的各种因素，包括各种⽔处理剂，缓蚀剂的评价和机理研究，都必须对电极过程进⾏研究，⽽在该研究过程中极化曲线的测定⼜是重要的⽅法之⼀。
⼀般进⾏进化曲线测量1.实验⽅法（⼀）碳钢在弱酸性溶液中的极化曲线(1)⼯作电极为PTFE或环氧树脂镶嵌的A3钢,⾯积为0.5cm2，⼯作电极⽤200,600,800号⾦相砂纸逐级打磨⾄光亮,以⽆⽔⼄醇和丙酮脱脂后,再⽤蒸馏⽔进⾏冲洗,放⼊⼲燥器内⼲燥30mins,然后浸⼊被测溶液中15~50mins, 待电位稳定后进⾏测量。
试验采⽤密闭的玻璃电解池,并置于恒温⽔浴中,试验过程中溶液未除氧。
放在丙酮中除去油污，⽤⽯腊涂抹剩余⾯积，备⽤。
(2)试验介质分别为1000 mg/l H2S+1000 mg/l HCl和1000 mg/l H2S+100 mg/l HCl。
温度为25℃和85℃。
缓蚀剂为某⽯油化⼯⼚提供的”HT-1”和”WS-1”,主要成分为咪唑啉酰胺为1mmol·L-1的盐酸溶液（pH=3），采⽤Pt⽚作为辅助电极，饱和⽢汞电极为参⽐电极。
将⼯作电极安装到装有250mL介质的四⼝烧瓶，与Pt辅助电极、饱和⽢汞电极组成三电极体系。
电解池的连接参见附件⼀。
(3)仪器采⽤华中科技⼤学研制的CS300型电化学测试系统进⾏极化曲线测量，测量控制和数据分析才采⽤corrTest进⾏。
从主菜单中选择“稳态测试”——“动电位扫描”或者直接按“F4”即可进⼊如下窗⼝，其参数设置如下图1所⽰。
温度控制在80℃（恒温⽔浴），扫描速率为0.5mv/s，极化范围为+/-100mV(相对开路电位)，曲线采⽤⾮线性三参数⽅法来计算阴阳极Tafel斜率以及腐蚀速率、极化电阻等值。
图1极化曲线参数设置窗⼝电解池参数设置如下图2所⽰，⽤于设定⼯作电极的⾯积，材料化学当量，参⽐电极类型等，这些参数将⽤于腐蚀参数的计算。
图2.电极与电解池参数设置窗⼝此外，恒电位仪的参数设置⼀般可以依照下图3所⽰的参数进⾏，没有特殊需要⽆需修改。
腐蚀金属电极稳态极化曲线测量和数据处理一、实验目的：1、掌握恒电位测定极化曲线的原理和方法2、巩固金属极化理论，确定金属实施阳极保护的可能性。
初步了解阳极保护参数及其确定方法。
3、了解恒电位仪器及相关电化学仪器的使用。
4、测定铁在酸性介质中的极化曲线，求算自腐蚀电位、自腐蚀电流、掌握线性扫描伏安法和TAFEL方法测定极化曲线。
实验原理铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2，即：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 (a)Fe／HCl体系是-个二重电极，即在Fe／H+界面上同时进行两个电极反应：Fe Fe2+ + 2e (b)2H+ + 2e H2 (c)反应(b)、(c)称为共轭反应。
正是由于反应(c)存在，反应(b)才能不断进行，这就是铁在酸性介质中腐蚀的主要原因。
当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。
在稳定状态下，铁溶解的阳极电流I(Fe)和H＋还原出H2的阴极电流I(H)，它们在数值上相等但符号相反，即：(1)IFe的大小反映Fe在H+中的溶解速率，而维持I(Fe)，I(H)相等时的电势称为Fe／H+体系的自腐蚀电势εcor。
图12－1 Fe的极化曲线图12－1是Fe在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。
当对电极进行阳极极化(即加更大正电势)时，反应(c)被抑制，反应(b)加快。
此时，电化学过程以Fe的溶解为主要倾向。
通过测定对应的极化电势和极化电流，就可得到Fe／H+体系的阳极极化曲线rba。
由于反应(c)是由迁越步骤所控制，所以符合塔菲尔(Tafel)半对数关系，即：(2)直线的斜率为bFe。
当对电极进行阴极极化，即加更负的电势时，反应(b)被抑制，电化学过程以反应(c)为主要倾向。
同理，可获得阴极极化曲线rdc。
由于H＋在Fe电极上还原出H2的过程也是由迁越步骤所控制，故阴极极化曲线也符合塔菲尔关系，即：(3)当把阳极极化曲线abr的直线部分ab和阴极极化曲线cdr的直线部分cd 外延，理论上应交于一点(z)，z点的纵坐标就是，腐蚀电流Icor的对数，而z 点的横坐标则表示自腐蚀电势εcor的大小。
打开CHI 软件 打开数据或曲线 点击菜单栏的“Analysis ” 点击 “Special Analysis ”后，出现如下面板:现介绍红框处英文的含义：１. Equilibrium Potential （平衡电位，即系统自行记录的开路电位）：就是我们想要得到的腐蚀电位，用E corr 表示。
2. Cathodic Tafel Slope 和Anodic Tafel Slope ：阴极塔菲尔斜率和阳极塔菲尔斜率，哪一侧的斜率越大，就说明腐蚀反应受其中一个反应所控制。
3. Cathodic Intercept 和Anodic Intercept ：阴极截距和阳极截距，这两个参数可不用管，在腐蚀研究中用的不多。
4. Linear Polarization R ：线性极化电阻，用R P 表示，这个参数与腐蚀电流呈反比。
若腐蚀电流用i corr ，则corrP i nF RT R 1 。
5. Corrosion Current: 顾名思义，即腐蚀电流，用i corr 表示。
再介绍蓝框处英文的含义：１. Tafel Slope E Range ：即Tafel 区的电位宽度，此处选择的是60 mV 。
2. Cathodic Tafel Slope Potential Range 和Anodic Tafel Slope Potential Range ：即拟合的具体电位范围。
软件预置的tafel 区是从偏离平衡电位60mV 位置向外60mV 的范围进行拟合的， 如果觉得该范围不合适，可以手动设置tafel 范围，原理方面可以参考相关书籍。
点击该面板的“calculate”之后，再点击OK，就出现了我们所要得到的腐蚀相关参数。
然后在曲线界面也会有相关信息：。
曲线拟合及其MATLAB 程序
实验任务：用最小二乘法将一组离散数据进行曲线拟合，并用MATLAB 做出曲线。
实验要求：
第三次作业的最后一题求函数关系并作出曲线，此组x 和y 的实验数据如下表所示。
x i
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 y i 6.00 3.50 2.67 2.75 2.00 1.80 1.70 1.63 1.56 1.50
实验内容：
（1）在在MATLAB 工作窗口输入程序
>> x=[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10];
y=[6.00 3.50 2.67 2.75 2.00 1.80 1.70 1.63 1.56 1.50];
plot(x,y,'r*'),
legend('实验数据(xi,yi)')
xlabel('x'), ylabel('y'),
title('实验数据点(xi,yi)的散点图')
（2）运行后屏幕显示数据的散点图（略）。
（3）编写下列MATLAB 程序计算)(x f 在),(i i y x 处的函数值，即输入程序 >> syms a1 a2 a3 a4;
x=[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10];
fi=a1.*x.^3+ a2.*x.^2+ a3.*x+ a4
运行后屏幕显示关于a1, a2, a3和a4的线性方程组
fi =
[a1+a2+a3+a4, 8*a1+4*a2+2*a3+a4, 27*a1+9*a2+3*a3+a4, 64*a1+16*a2+4*a3+a4, 125*a1+25*a2+5*a3+a4,
216*a1+36*a2+6*a3+a4, 343*a1+49*a2+7*a3+a4,
512*a1+64*a2+8*a3+a4, 729*a1+81*a2+9*a3+a4,
1000*a1+100*a2+10*a3+a4]
编写构造误差平方和的MATLAB 程序
>> y=[6.00 3.50 2.67 2.75 2.00 1.80 1.70 1.63 1.56 1.50];
fi
=[a1+a2+a3+a4,8*a1+4*a2+2*a3+a4,27*a1+9*a2+3*a3+a4,64*a1+16*a2+4*a3+a4,125*a1+25*a2+5*a3+a4,216*a1+36*a2+6*a3+a4,343*a1+49*a2+7*a3+a4,512*a1+64*a2+8*a3+a4,729*a1+81*a2+9*a3+a4, 1000*a1+100*a2+10*a3+a4]; fy=fi-y; fy2=fy.^2;J=sum(fy.^2)
运行后屏幕显示误差平方和如下
J =
(a1+a2+a3+a4-6)^2+(8*a1+4*a2+2*a3+a4-7/2)^2+(27*a1+9*a2+3*a3+a4-267/100)^2+(64*a1+16*a2+4*a3+a4-11/4)^2+(125*a1+25*a2+5*a3+a4-2)^2+(216*a 1+36*a2+6*a3+a4-9/5)^2+(343*a1+49*a2+7*a3+a4-17/10)^2+(512*a1+64*a2+8*a3+a4-163/100)^2+(729*a1+81*a2+9*a3+a4-39/25)^2+(1000*a1+100*a2+10*a3+a4-3/2)^2
为求4321,,,a a a a 使J 达到最小，只需利用极值的必要条件0
=∂∂k a J 。
)4,3,2,1(=k ，得到关于4321,,,a a a a 的线性方程组，这可以由下面的MATLAB 程序完成，即输入程序
>> syms a1 a2 a3 a4
J=(a1+a2+a3+a4-6)^2+(8*a1+4*a2+2*a3+a4-7/2)^2+(27*a1+9*a2+3*a3+a4
-267/100)^2+(64*a1+16*a2+4*a3+a4-11/4)^2+(125*a1+25*a2+5*a3+a4-2)^2+( 216*a1+36*a2+6*a3+a4-9/5)^2+(343*a1+49*a2+7*a3+a4-17/10)^2+(512*a1+6 4*a2+8*a3+a4-163/100)^2+(729*a1+81*a2+9*a3+a4-39/25)^2+(1000*a1+100* a2+10*a3+a4-3/2)^2;
Ja1=diff(J,a1); Ja2=diff(J,a2); Ja3=diff(J,a3); Ja4=diff(J,a4);
Ja11=simple(Ja1), Ja21=simple(Ja2), Ja31=simple(Ja3), Ja41=simple(Ja4),
运行后屏幕显示J分别对a1, a2 ,a3 ,a4的偏导数如下
Ja11 =6050*a4+3956810*a1+441650*a2+50666*a3-497579/50
Ja21 =770*a4+441650*a1+50666*a2+6050*a3-66681/50
Ja31 =110*a4+50666*a1+6050*a2+770*a3-10679/50
Ja41 = 20*a4+6050*a1+770*a2+110*a3-2511/50
解线性方程组Ja11 =0，Ja21 =0，Ja31 =0，Ja41 =0，输入下列程序
>>A=[3956810, 441650, 50666, 6050; 441650, 50666, 6050, 770; 50666, 6050, 770, 110; 6050, 770, 110, 20];
B=[497579/50, 66681/50, 10679/50, 2511/50];
C=B/A, f=poly2sym(C)
运行后屏幕显示拟合函数f及其系数C如下
C = -0.0176 0.3744 -2.6452 7.9627
f=-5066427105276917/288230376151711744*x^3+6744376644764349/1801439 8509481984*x^2-2978180218619021/1125899906842624*x+112064********* 3/140737488355328
故所求的拟合曲线为
f(x)= -0.0176 x3 + 0.3744 x2 -2.6452 x+ 7.9627 .
（4）编写下面的MATLAB程序估计其误差，并作出拟合曲线和数据的图形，输入程序
>> xi =[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10];
y=[6.00 3.50 2.67 2.75 2.00 1.80 1.70 1.63 1.56 1.50];
n=length(xi);
f= -0.0176.*xi.^3+0.3744.*xi.^2-2.6452.*xi +7.9627;
x=1: 1: 10;
F= -0.0176.*xi.^3+0.3744.*xi.^2 -2.6452.*xi +7.9627; fy=abs(f-y); fy2=fy.^2; Ew=max(fy),
E1=sum(fy)/n, E2=sqrt((sum(fy2))/n)
plot(xi,y,'r*'), hold on, plot(x,F,'b-'), hold off legend('数据点(xi,yi)','拟合曲线y=f(x)'), xlabel('x'), ylabel('y'),
title('实验数据点(xi,yi)和拟合曲线y=f(x)的图形') 运行后屏幕显示数据),(i i y x 与拟合函数f 的最大误差Ew ，平均误差E1和均方根误差E2及其数据点),(i i y x 和拟合曲线y=f(x)的图形如下所示。
Ew = 0.5291
E1 = 0.2163
E2 = 0.2763。
