金屬腐蝕與防護實驗指導書

1、金屬腐蝕與防護實驗指導書課程編號：03030101適用專業(yè)：金屬材料工程專業(yè)課程類別：專業(yè)教育課程郝小軍徐宏妍編實驗一金屬極化曲線測試一、目的要求1、掌握恒電位法測定陽極極化曲線的原理和方法.2、繪制并比擬一般金屬鎂合金和有鈍化性能鋁合金、不銹鋼的金屬的陽極極化曲線的異同,初步掌握有鈍化性能的金屬在腐蝕體系中的臨界孔蝕電位的測定方法.3、通過陽極極化曲線的測定,判定實施陽極保護的可能性,初步選取陽極保護的技術參數(shù),了解擊穿電位和保護電位的意義.4、掌握恒電位儀的使用方法,了解恒電位技術在腐蝕研究中的重要作用.二、根本原理陽極電位和電流的關系曲線叫做陽極極化曲線.為了判定金屬在電解質溶液中采取陽

2、極保護的可能性,選擇陽極保護的三個主要技術參數(shù)一一致鈍電流密度、維鈍電流密度和鈍化區(qū)的電位范圍,需要測定陽極極化曲線.有鈍化性能的金屬：abcdef恒電位法測定；abef恒電流法測定一般金屬：ax曲線陽極極化曲線可以用恒電位法和恒電流法測定.圖1是一條較典型的陽極極化曲線.一般金屬鎂合金的陽極極化曲線為ax曲線.對有鈍化性能的金屬鋁合金、不銹鋼,曲線abcdef是恒電位法即維持電位恒定,測定相應的電流值測得的陽極極化曲線.當電位從a逐漸向正移動到到b點時,電流也隨之增加到b點,當電位過b點以后,電流反而急劇減小,這是由于在金屬外表上生成了一層高電阻耐腐蝕的鈍化膜,鈍化開始發(fā)生.人為限制電位的增

3、高,電流逐漸衰減到Co在c點之后,電位假設繼續(xù)增高,由于金屬完全進入了鈍態(tài),電流維持在一個根本不變的很小的值一一維鈍電流.當使電位增高到d點以后,金屬進入了過鈍化狀態(tài),電流又重新增大.從a點到b點的范圍叫活性溶解區(qū),從b點到c點叫鈍化過渡區(qū),從c點到d點叫鈍化穩(wěn)定區(qū),過d點以后叫過鈍化區(qū).對應于b點的電流密度叫致鈍電流密度,對應于cd段的電流密度叫維鈍電流密度.假設把金屬作為陽極,通以致鈍電流使之鈍化,再用維鈍電流去保護其外表的鈉化膜,可使金屬的腐蝕速度大大降低,這就是陽極保護的原理.用恒電流法測不出上述曲線的bcde段.在金屬受到陽極極化時其外表發(fā)生了復雜的變化,電極電位成為電流密度的多值函

4、數(shù),因此當電流增加到b點時,電位即由b點躍增到很正的e點,金屆進入了過鈍化狀態(tài),反映不出金屬進入鈍化區(qū)的情況.由此可見只有用恒電位法才能測出完整的陽極極化曲線.本實驗采用恒電位儀逐點恒定陽極電位,同時測定對應的電流值,并在半對數(shù)坐標上繪成E-i曲線,即為恒電位陽極極化曲線.三、儀器、藥品及實驗裝置ZF-3恒電位儀1臺ZF-4電位掃描信號發(fā)生器1臺ZF-10信號記錄存儲儀1臺電腦1臺飽和甘汞電極、鉗電極各1支鹽橋添加飽和氯化鉀溶液1個電解池400毫升1個鎂合金t羊.12X201個鋁合金試樣.12X201個不銹鋼t羊12X201個氯化鈉3%300毫升丙酮1瓶蒸儲水1000毫升洗瓶1個電吹風1臺脫脂

5、棉假設干金相砂紙100#、200#、600#各1張鋼尺1個四、操作步驟1、把已加工到一定光潔度的試樣用砂紙逐步打磨,測量尺寸,用丙酮脫脂,吹干.2、按圖2接好測試線路,檢查各接頭是否正確,鹽橋是否導通.3、測量試樣在氯化鈉溶液中的腐蝕電位.4、設定ZF-10信號記錄存儲儀,采樣間隔為每秒1個點,即一分鐘采樣60個.5、設定ZF-4電位掃描信號發(fā)生器,掃描速率1mV/s.圖2恒電位儀測極化曲線線路圖6、測試陽極極化曲線測試,同時觀察其變化規(guī)律及電極表面的現(xiàn)象.五、數(shù)據(jù)記錄試樣材質尺寸暴露面積介質成分介質溫度參比電極輔助電極腐蝕電位時間電流強度,I電極電位,E現(xiàn)象六、結果處理1、采用origin軟

6、件繪制試樣陽極極化曲線.2、比擬一般金屬鎂合金和有鈍化性能鋁合金、不銹鋼的金屬的陽極極化曲線的異同.3、初步掌握有鈍化性能的金屬在腐蝕體系中的臨界孔蝕電位的測定方法.4、初步確定有鈍化性能鋁合金、不銹鋼的金屬在氯化鈉溶液中進行陽極保護的三個根本參數(shù).七、思考與討論1、分析陽極極化曲線各線段和各扔點的意義.2、陽極極化曲線對實施陽極保護有何指導意義？3、比擬恒電位陽極極化曲線和恒電流陽極極化曲線,說明測定陽極極化曲線為什么要用恒電位儀？4、腐蝕電位有什么意義？5、為了平安使用恒電位儀應注意些什么？實驗二金屬材料腐蝕與防護綜合實驗鋼鐵外表電鍍銅試驗、目的要求1、了解鋼鐵試樣外表電鍍銅的防護原理、電

7、鍍機理.2、掌握電鍍銅工藝及耐腐蝕性能的檢驗方法.二、根本原理利用直流電從電解液中析出金屬,并在試樣、工件外表沉積而獲得金屬覆蓋層的方法叫電鍍.銅鍍層呈美麗的玫瑰色,性質柔軟.富有延展性,易于拋光,它還具有良好的導熱性及導電性.但是它在空氣中易于氧化,從而迅速失去光澤.銅的外表受潮濕空氣中的二氧化碳或氯化物作用后,將生成一層堿式碳酸銅或氯化銅膜,當受到硫化物作用時,將生成棕色或黑色硫化物薄膜.銅的標準電極電位為-0.34V,比金屬鐵的電位正,可以在鐵零件外表鍍銅,鍍層對鐵來說是陰極鍍層.只有當鍍層完整無孔時,銅鍍層才能使鐵零件受到機械保護作用.當銅鍍層有孔或損傷時,裸露出來的基體金屬將比未鍍銅

8、時腐蝕得還要迅速.銅鍍層常用于鋼鐵件多層鍍覆時的底層,也常作為鍍錫、鍍金、鍍銀對的底層,其目的是為了提升基體金屬和外表或中間鍍層的結合力,同時也往往有利于外表鍍層的順利沉積.當銅鍍層無孔時,對提升外表鍍層的耐蝕性是有利的,在防護一一裝飾性多層電鍍中采用厚銅薄饃的工藝,其優(yōu)點就在于此,同時還節(jié)省了貴重的金屬饃.銅鍍層是預防滲碳、滲氮的優(yōu)良鍍層,由于碳和氮在其中的擴骸滲透很因難.銅鍍層也常用于增加外表導電性,預防橡膠的枯結,拉拔模具的減磨以及印刷電路及塑料電鍍作為防磁鍍層也常使用銅鍍層.為了便于鋁及其合金制品的焊接和螺紋件的聯(lián)接,也均需銅鍍層.進行電鍍銅時,將待鍍試樣、工件作為陰極與直流電源的負極

9、相連,純銅板作為陽極與直流電源的正極相連.電鍍槽中放入含Cu2+的鹽溶液.接通電源時,陽極上發(fā)生銅溶解的氧化反響Cu-Cu2+2e一陰極上發(fā)生銅析出的復原反響Cu2+2e-Cu也就是銅板不斷溶解而減少,陰極上銅不斷析出而形成鍍層,此時鹽溶液的濃度在電鍍過程中不變.當鍍層到達要求的厚度時,電鍍完成.鍍層的耐腐蝕性能的檢驗采用極化曲線法,極化曲線的測試參照實驗一,鐵為一般金屬,極化曲線為ax曲線,銅鍍層為有鈍化性能的金屬,極化曲線為abcdef曲線.三、儀器、藥品及實驗裝置一電鍍實驗儀器、藥品及實驗裝置直流電源電鍍槽400毫升燒杯400毫升碳鋼試樣50X25X5銅陽極50X25X5電鍍液丙酮10%

10、鹽酸pH試紙除油液蒸儲水洗瓶電吹風脫脂棉金相砂紙100#、200600*電爐石棉網(wǎng)鐵架臺、鐵夾游標卡尺1臺1個2個1個2個300毫升1瓶100毫升1包100毫升1000毫升1個1臺假設干各1張1臺1個假設干1支二極化曲線測試實驗儀器、藥品及實驗裝置ZF-3恒電位儀1臺ZF-4電位掃描信號發(fā)生器1臺ZF-10信號記錄存儲儀1臺電腦1臺飽和甘汞電極、鉗電極各1支鹽橋添加飽和氯化鉀溶液1個電解池400毫升1個氯化鈉3%300毫升松香、石蠟假設干吸管1支鋼尺1個表1除油液配方除油液組成g/L操作條件Na2SiO3Na2CO3NaOHNa3PO4十一烷基硫酸鈉T(C)時間min1260105057080

11、10-15表2電鍍液配方g/L及操作條件鍍液組成g/L操作條件CuSO4-5H2OH2SO4T(C)I(A/dm2)陰極移動1502204070室溫36r是四、操作步驟電圖3電鍍線路圖鍍槽1、把已加工到一定光潔度的試樣用砂紙逐步打磨,測量尺寸,用丙酮脫脂,吹干,除油,蒸儲水沖洗,活化10%鹽酸510s.2、按圖3接好測試線路,檢查各接頭是否正確,鹽橋是否導通.3、調節(jié)好電鍍電流,開始電鍍.4、取出鍍好的試樣,蒸儲水沖洗,冷風吹干,測量尺寸.5、用松香、石蠟封好有鍍層的試樣,留出10X10的外表,按實驗一進行極化曲線測試,同時觀察其變化規(guī)律及電極外表的現(xiàn)象,并與未鍍試樣比擬.五、數(shù)據(jù)記錄一電鍍實

12、驗記錄試樣材質尺寸電鍍面積鍍層材質試樣鍍后尺寸鍍層厚度電鍍電壓電鍍電流電鍍時間未鍍試樣外觀鍍層外觀二極化曲線測試實驗記錄試樣材質尺寸暴露面積介質成分一介質溫度一參比電極輔助電極腐蝕電位時間電流強度,I電極電位,E現(xiàn)象六、結果處理1、采用origin軟件繪制試樣陽極極化曲線.2、比擬試樣鍍前和鍍后的陽極極化曲線的異同.七、思考與討論1、說明鋼鐵試樣外表電鍍銅的防護原理、電鍍機理、電鍍工藝.2、比擬試樣鍍前和鍍后的陽極極化曲線的異同,說明鍍層對提升試樣耐腐蝕性能的作用.電偶腐蝕速度的測定一、目的要求1、掌握電偶腐蝕測試的原理,初步掌握電偶腐蝕測試方法,了解不同金屬相互接觸時組成的電偶對Mg-Zn,

13、Mg-Al,Mg-Fe電偶對在腐蝕介質中的電偶序.2、掌握用零電阻電流表測電偶電流的方法.圖4金屬A和B形成電偶對時混合電位的性質igi二、根本原理當兩種不問的金屬在腐蝕介質中相互接觸時,出于腐蝕電位不相等,原腐蝕電位較負的金屬電偶對陽極溶解速度增加,造成接觸處的局部腐蝕,這就是電偶腐蝕也稱為接觸腐蝕.應用極化圖有助于更清楚地看到電極的電化學參數(shù)在偶合前后的變化,如圖4所示.假設有兩個外表積相等的金屬A和B,金屬A的電位比金屬B的電位正,當它們各自放入同一介質如酸溶液中,未偶合時,金屬A的腐蝕速度icorr,A,金屬B的腐蝕速度為icorr,B.然后,用導線聯(lián)接金屬A和金屬B使之形成電偶對,此

14、時腐蝕體系的混合電位為Ecouple.金屬A的腐蝕速度減少到i'corr,A,金屬B的腐蝕速度增加Jcorr,B.根據(jù)混合電位理論測定電偶腐蝕的電化學技術,包括電位測定,電流測定和極化測定.通過測定短路條件下偶合電極兩端的腐蝕電流即電偶電流的數(shù)值,根據(jù)電路電流的數(shù)值,就可以判斷金屬的耐接觸腐蝕的性能.它與不同金屬間,但可以有如下電偶電流與電偶對中陽極金屬的真實溶解速度之間的定量關系較復雜的電位差、未偶合時的腐蝕速度、塔菲爾常數(shù)和陰陽極面積比等因素有關的根本關系.在活化極化限制的條件下,金屬腐蝕速度的一般方程式為：IIcorrexp2.303EEcorrcoilbaexp2.303EEc

15、orrcoiibc(1)如果某金屬與另一個電位較正的金屬形成電偶,那么這個電位較負的金屬將被陽極極化,電位E將正向移到電偶電位Ecouple,它的溶解電流將Icorr增加到I'corr/2.303E1 corr1correxpcoupleEcorrba2 2)電偶電流Icouple實際上是電偶電位Ecouple處局部陽極電流和局部陰極電流之差:2303E,E.couplecorrIcoupleIcorrexp；baexp2303E,Ejcouplecorrbc(3)Ecouple>>Ecorr),那么由式3可以獲得兩種極限情況,1 .形成偶合電極后,假設極化很大即Icoup

16、le=Icorr在這種情況下,電偶電流數(shù)值等于偶合電極陽極的溶解電流.2 .形成偶合電極以后,假設極化很小即EcouplexEcorr,那么Icouple-Icorr-Icorr在這種情況下,電偶電流的數(shù)值等于偶合電極陽極的溶解電流在偶合前后之差.對達兩種極限情況的討論,有助于理解處于兩種極限之間的狀態(tài).如果直接由電偶電流去求出溶解速度,數(shù)值會不同程度地偏低.因此,流Icouple進行修正是必要的.如果需要求出真實的溶解速度,對電偶電也可運用零電阻測量電偶電流不能用普通的安培表,要采用零電阻安培表的測試技術.的結構原理,將恒電位儀改接而成測量電偶電流的儀器.三、儀器、藥品及實驗裝置ZF-3恒電

17、位儀1臺ZF-10信號記錄存儲儀1臺電腦1臺電解池400毫升1個飽和甘汞電極1支鹽橋添加飽和氯化鉀溶液1個鎂試樣.12X201個鋅試樣412X201個鋁試樣.12X201個碳鋼試樣.12X201個氯化鈉3%600毫升丙酮1瓶蒸儲水1000毫升洗瓶1個電吹風1臺脫脂棉假設干金相砂紙100#、200#、600#各1張鋼尺1個四、操作步驟1、把已加工到一定光潔度的試樣用砂紙逐步打磨,測量尺寸,用丙酮脫脂,吹干.2、按圖5接好測試線路,檢查各接頭是否正確,鹽橋是否導通.3、設定ZF-10信號記錄存儲儀,采樣間隔為每20秒1個點,即一分鐘采樣3個.4、按測定先后,分別將鎂與鋅、鎂與鋁、鎂與碳鋼所組成的電偶對安裝于裝有3%氯化鈉的適量水溶液的電解槽中.電偶對的試樣盡量靠近,把甘汞電極安裝于兩試樣之間,便于測定偶合前后的各電位值.5、進行電偶電流曲線測試,同時觀察其變化規(guī)律及電極外表的現(xiàn)象.五、數(shù)據(jù)記錄試樣材質尺寸暴露面積介質成分介質溫度參比電極電偶對名稱腐蝕電位兩極電位差時間,s電偶電位Ecouple(SCE),V電偶電流Icouple,mA現(xiàn)象試樣材質尺寸暴露面積介質成分介質溫度參比