實驗一電偶腐蝕

1、實驗一、電偶腐蝕試驗目的：通過失重法和電位、電流測量實驗，了解電偶的形成與單一金屬腐蝕速率、耦合電位等參數(shù)的相互關系，同時通過實驗數(shù)據(jù)了解電偶腐蝕的特點、腐蝕介質、電位差、面積比等因素對電偶腐蝕的影響規(guī)律，并總結出相對應的預防措施。穿插進行伊文斯鹽水滴試驗，觀察氧濃差腐蝕原電池的陰、陽極反應以及陰、陽極區(qū)的劃分。試驗原理： 電偶腐蝕：當一種不太活潑的金屬(陰極)和一種比較活潑的金屬(陽極)在電解質溶液中接觸時，因構成腐蝕原電池而引發(fā)電流，從而造成（主要是陽極金屬）電偶腐蝕。電偶腐蝕也稱雙金屬腐蝕或金屬接觸腐蝕。電偶腐蝕首先取決于異種金屬之間的電極電位差。這一電位指的是兩種金屬分別在電解質溶液(

2、腐蝕介質)中的實際電位。通常在手冊、資料中能找到的是各種金屬、合金在特定的介質中按腐蝕電位高低排列的電位順序表，稱作電偶序。在其它條件不變的情況下，它們之間的電位差愈大，腐蝕初始驅動力愈大。影響電偶腐蝕的因素還有介質導電性、極化性及面積比。面積比是指陰、陽極面積比，比值愈大，即大陰極小陽極組成的電偶，其陽極腐蝕電流密度愈大，腐蝕愈嚴重。在腐蝕電偶的陽極區(qū)有涂層時也會出現(xiàn)大陰極小陽極的情況，結果造成極嚴重的局部腐蝕而迅速穿孔。對于耦合電流的測定，可以采用零歐姆計直接測定耦合電流，主要就是在測定耦合電流時，不引入耦合電阻，使得測定結果具有較高的準確度。在實驗室測定時如果沒有零歐姆計，可以采用萬用表

3、或者直流電流表直接測定，也可以采用外加標準電阻測定電位差的方式進行評價，需要注意的是外加標準電阻越小測定準確度就越高，一般采用0.05歐姆或者更小的外加電阻，最后換算成耦合電流即可。常用的腐蝕評定方法：1. 失重法 由于腐蝕作用，材料的重量會發(fā)生系統(tǒng)變化，此即重量法測定材料抗蝕能力的理論基礎。雖然近年來發(fā)展了許多新的腐蝕研究方法，但重量法仍然是最基本的定量評定腐蝕的方法，并已被廣泛應用。重量法簡單而直觀，適用于實驗室和現(xiàn)場試驗。失重法是一種筒單而直接的方法；它不要求腐蝕產(chǎn)物牢固附著在材料表面，也不考慮腐蝕產(chǎn)物的可溶牲，因為試驗結束后必須從試樣上請除全部腐蝕產(chǎn)物。失重法直接表示由于腐蝕而損失的材

4、料重量，不經(jīng)過腐蝕產(chǎn)物的化學組成分析和換算。這些優(yōu)點使失重法得到廣泛的應用。失重法試驗過程為：對預先制備的試樣測量尺寸、經(jīng)準確稱重后置于腐蝕介質中，試驗金屬結束后取出，清除全部腐蝕產(chǎn)物后清洗、干燥、再稱重。試樣的失重直接表征材料的腐蝕程度。在暴露試驗前后與試驗過程中，以及在清除腐蝕產(chǎn)物前后，必須仔細觀察并記錄材料表面和介質中的各種變化。1.1 重量法測定腐蝕速率結果評定重量法是根據(jù)試樣在腐蝕前后的重量變化來測定腐蝕速度的。為方便各次不同試驗及不同試樣的數(shù)據(jù)能夠互相比較，通常采用單位時間內(nèi)單位面積上的重量變化表征平均腐蝕速度（g·m-2·h-1）。從腐蝕試驗前后的試樣重量差計

5、算腐蝕速度v(g·m-2·h-1)。公式如下：失重速度 式中：A 試樣面積，m2； t 試驗周期，h； W0 試樣原始重量，g； W2試驗后含與不含腐蝕產(chǎn)物的試樣重量，g； W3 清除腐蝕產(chǎn)物時同樣尺寸同種材料空白試樣的校正失重，g；1.2 重量法測定腐蝕速率時腐蝕產(chǎn)物清除方法為了取得準確得失重法實驗結果，必須清除試樣表面的腐蝕產(chǎn)物，但又不損傷金屬基材本身。實際上完全不損傷基材是不可能的，只要求損傷對腐蝕結果無明顯影響即可。對于不同金屬材料和不同腐蝕產(chǎn)物應采用不同的清除腐蝕產(chǎn)物的方法。一般有機械法、化學法和電解法三種。1) . 機械法 一般先用自來水沖洗，并用橡皮或硬毛刷擦

6、洗，或用木制刮刀、塑料刮刀刮擦。對絕大部分疏松腐蝕產(chǎn)物用此法已可清除干凈。但要完全清除掉腐蝕產(chǎn)物以精確測試或檢查局部腐蝕狀況時，尚需進一步采用化學法或電化學法。2). 化學法 選擇適宜的化學溶液及操作條件通過溶解除去試樣表面的腐蝕產(chǎn)物的方法。為了保護金屬基體，在化學清除的溶液中往往需要加入緩蝕劑。表10-11列出一些常用的清除腐蝕產(chǎn)物的化學方法。這些方法并不復雜，但在使用時有可能損傷基材，造成試驗誤差。為此，應在清除工作的同時，將未經(jīng)腐蝕的相同尺寸的同種材料作空白試樣在相同條件下清洗處理，求其失量，然后在實際試樣的失重中減去此數(shù)，以取得比較真實的試樣失重量。表1-1 針對不同材質清除腐蝕產(chǎn)物的

7、化學方法材料溶液時間，min溫度備注鋁合金70%HNO323室溫隨后輕輕擦洗20%CrO3，5%H3PO4107985 oC用于氧化膜不溶解于硝酸的情況銅及其合金1520%HCl23室溫隨后輕輕擦洗510%H2SO423室溫隨后輕輕擦洗鋁及其合金10%醋酸10沸騰隨后輕輕擦洗，除PbO5%醋酸銨熱隨后輕輕擦洗，除PbO80g/LNaOH，50g/L甘露糖醇，0.62g/L硫酸肼30或至清除為止沸騰隨后輕輕擦洗鐵和鋼20% NaOH，20g/L鋅粉5沸騰濃鹽酸，50g/LSnCl2+ 20g/LSbCl325或至清除為止冷攪拌溶液10%或20%HNO32060oC用于不銹鋼，需避免氯化物的污染含

8、有0.15%有機緩蝕劑的15%的濃H3PO4清除為止室溫可去除氧化條件下鋼表面上形成的氧化皮鎂及其合金15%CrO3，1%AgCrO415沸騰鎳及其合金1520%HCl清除為止室溫10%H2SO4清除為止室溫錫及其合金15%的Na3PO410沸騰隨后輕輕擦洗鋅先用10%NH4Cl，然后用15%CrO3，1%AgCrO4520s室溫沸騰隨后輕輕擦洗飽和醋酸銨清除為止室溫隨后輕輕擦洗100g/L NaCN15室溫3) . 電化學法 選擇適當?shù)年枠O和電解質，以試樣為陰極，外加直流電的電解方法。電解時陰極產(chǎn)生氫氣，在氫氣泡的機械作用下，使腐蝕產(chǎn)物剝離，殘留的疏松物質可用機械法沖刷除凈。此法效果較好，空

9、白試樣失重小。適用于碳鋼和許多金屬材料的兩種電解操作條件示例如下：電解液為5%H2SO4，陽極為碳棒，陰極為試樣，陰極電流密度為20A/dm2，加入有機緩蝕劑(如若丁)，2ml/L，溫度75oC，暴露時間為3min。實驗用品：導線，開關，0.05歐姆標準電阻，燒杯，萬用表，232型飽和甘汞參比電極，鹽橋，自制參比電極。鋅-碳鋼（面積比1：1），鋅-碳鋼（面積比1：5）；銅-鋅，以及游標卡尺。KQ-100型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）HWL-1型恒電位/恒電流儀（山東電訊七廠有限責任公司）自制實驗用反應容器實驗用腐蝕介質：普通海水、酸化海水pH=34實驗方法：1 失重法不同面積比耦合以

10、及單獨存在條件下的腐蝕失重2 電位、電流測定耦合電位和耦合電流，開路電位實驗步驟：1 根據(jù)實驗要求的表面積，以純鋅片為基準面積將純鋅、普通碳鋼試片按照1：5（1片）和1：1（各2片）的面積比切割，并除去表面的油污和銹跡；2 以純鋅片為基準面積將純鋅、銅試片按照1：1的面積比切割各自2片，3 選取面積比為1：1：1的鋅、碳鋼、銅各1片將表面氧化物用砂紙分別打磨除銹、堿液除油、自來水清洗、乙醇清洗晾干，干燥稱重后，分別安置在裝有天然海水容器中；以自制Ag/AgX電極為參比電極，開始間隔3分鐘測定并記錄一次各自的開路電位；測定4次后，間隔10分鐘測定一次開路電位，實驗一小時，將試片取出用自來水沖洗干

11、凈，濾紙擦干、吹風機風干后分別稱重。記錄表格見表1-3 Cu Zn 海 水 50m標準電阻 圖1-1 實驗連接示意圖4 將潔凈并預先分別稱重的面積比為1：1和1：5的純鋅和普通碳鋼試片以及面積比為1：1的銅-鋅試片，按照圖1-1所示方法連接好，電阻阻值選取0.05歐姆，間隔10分鐘測定一次各自試片附近的電位，以及電阻兩端的電位差（注意，電位測定表頭的量程以及參比電極的測定位置選取），測定天然海水中的變化，測定1小時。5 一小時后拆開連接并將試片用自來水沖洗干凈，濾紙擦干、吹風機風干后分別稱量重量。6 將使用過的試片、儀表、測試表頭等按照要求放置在固定位置。數(shù)據(jù)記錄與結果處理分別記錄上述各實驗現(xiàn)

12、象，并根據(jù)實驗原理分析產(chǎn)生現(xiàn)象的原因。表1-2 面積比為1:1:1的純鋅、碳鋼、銅分別放置于海水中1個小時前后的重量W0W1純鋅碳鋼銅表1-3 面積比為1:1:1的純鋅、碳鋼、銅分別放置于海水中1個小時開路電位變化1 min4 min7 min10min20min30min40min50min60min鋅碳鋼銅表1-4不同面積比電偶形成在海水中浸泡1小時質量和電阻兩端的電位變化 電位試樣10min20min30min40min50min60min實驗前質量實驗結束后質量鋅1:碳鋼5鋅1:碳鋼1鋅1:銅1表1-3 不同面積比純鋅、碳鋼、銅分別放置于海水中1個小時耦合電位變化 電位試樣時間樣品1

13、min4 min7min10min20min30min40min50min60min鋅1:碳鋼5ZnFe鋅1:碳鋼1ZnFe鋅1:銅1ZnCu分析與討論1、 重量法的優(yōu)點、缺點和適用范圍。2、 電偶腐蝕有什么特點？電位差、面積比等因素對電偶腐蝕的影響規(guī)律？3、 怎樣預防電偶腐蝕？4、 為什么選用測定電流的標準電阻需要小于50m?這個電阻的大小對最終測定的電流效率有何影響？附錄：伊文思鹽水滴試驗伊文斯鹽水滴試驗可以用來區(qū)分鋼鐵表面腐蝕的陰、陽極區(qū)。將一滴加有酚酞和鐵氰化鉀（K3Fe(CN)6）指示劑的食鹽水3.5 wt% 滴在干凈的鐵表面，從其顏色的變化可以觀察到腐蝕的進行及陰、陽極區(qū)。在缺氧的

14、中心區(qū)，發(fā)生如下陽極反應： 2Fe - 4e ® Fe2+在鹽水滴外緣，由于氧的濃度較大，發(fā)生如下陰極過程： O2 + H2O + 4e ® 4OH-這個試驗一方面說明了陰陽極反應的相對部位，另一方面指出，由于氧濃差所引起的電化學不均勻性，導致了鐵的局部腐蝕?？梢愿鶕?jù)實驗進行的時間間隔穿插進行伊文思鹽水滴試驗將一滴加有酚酞和鐵氰化鉀（K3Fe(CN)6）指示劑的3.5%食鹽水，滴在干凈的鐵試片表面，觀察腐蝕的進行及陰、陽極區(qū)各自的現(xiàn)象并給予合理的解釋。實驗一 電偶腐蝕實驗的時間分配及其實驗結果與討論表2-1 實驗時間分配階段時間段min累計min備注集體講解2525試樣剪切

15、預處理4065第一階段實驗60125拆裝及后處理15140第二階段試驗60200拆裝及其后處理15215實驗結束善后20235實驗結果及討論電阻阻值校正結果為：51.3m表2-2 實驗前后質量變化質量/mg碳鋼鋅腐蝕前10.76930.7174腐蝕后10.76890.7169失重0.00040.0005失重速率/g/m2h0.29410.3676表2-3 碳鋼-鋅面積比為1：1時分別放在海水中的開路電位 電位（v）時間碳鋼鋅0min-0.5426-1.065910min-0.5982-1.089120min-0.6162-1.091130min-0.6263-1.094640min-0.634

16、9-1.095650min-0.6259-1.094560min-0.6338-1.0888表2-4 實驗前后質量變化質量/g碳鋼鋅腐蝕前10.16370.5295腐蝕后10.16370.5283失重00.0012失重速率/g/m2h00.8824 表2-5 碳鋼-鋅面積比為1：1時電偶腐蝕的電位 電位（v） 時間碳鋼鋅電阻兩端電位0min-1.0549-1.05010.14mv10min-1.0505-1.07100.13mv20min-1.0515-1.07120.10mv30min-1.0575-1.07131.13mv40min-1.0677-1.06790.07mv50min-1.0

17、621-1.06010.07mv60min-1.0478-1.05210.06mv電流效率=m/m0×100%=50.76%表2-6 實驗前后質量變化質量/mg銅鋅腐蝕前2.09160.3151腐蝕后2.09150.3149失重0.00010.0002失重速率/g/m2h0.20830.4167表2-7 銅-鋅面積比為1：1時分別放在海水中的開路電位 電位（v）時間銅鋅0min-0.2108-1.043110min-0.2327-1.092520min-0.2229-1.091930min-0.2189-1.094340min-0.2223-1.086050min-0.2863-1.

18、086860min-0.2470-1.0871表2-8 實驗前后質量變化質量/g銅鋅腐蝕前2.25380.2691腐蝕后2.25380.2684失重00.0007失重速率/g/m2h01.4583表2-9 銅-鋅面積比為1：1時電偶腐蝕的電位 電位（v）時間銅鋅電阻兩端電位0min-1.0549-1.00370.07mv10min-1.0666-1.07270.06mv20min-0.8666-0.89890.05mv30min-1.0609-0.53210.05mv40min-1.0295-1.05110.05mv50min-0.3665-1.03500.04mv60min-0.7367-0

19、.76760.04mv電流效率=m/m0×100%=59.22%表2-10 實驗前后質量變化質量/g碳鋼鋅腐蝕前10.97600.1741腐蝕后10.97560.1739失重0.00040.0002失重速率/g/m2h0.29410.7353表2-11 碳鋼-鋅面積比為5：1時分別放在海水中的開路電位 電位（v）時間碳鋼鋅0min-0.5391-1.047610min-0.5800-1.088120min-0.5998-1.096030min-0.6019-1.093740min-0.6047-1.091250min-0.6062-1.089660min-0.66120-1.08446表2-12 實驗前后質量變化質量/g碳鋼鋅腐蝕前10.12620.1529腐蝕后10.12620.1510失重00.0019失重速率/g/m2h06.9853表2-13 碳鋼-鋅面積比為5：1時電偶腐蝕的電位 電位（v）時間碳鋼鋅電阻兩端電位0min-1.0184-1.01960.18mv10min-1.0450-1.04070.