金属腐蚀与防护实验

金属腐蚀与防护实验目录

实验部分

实验1

腐蚀试样的制备

电化学试样的制备………2

实验2

恒电位法测定阳极极化曲线…………………3

实验3

塔菲尔直线外推法测定金属的腐蚀速度……5

实验4

失重法测定金属的腐蚀速度…………………7

实验5

线性极化法测定金属的腐蚀速度……………10

实验6

电位-pH图的应用………………12

实验7

动电位扫描法测定金属的阳极极化曲线……14

实验8

电偶腐蚀速度的测定…………15

实验9

闭塞电池腐蚀模拟实验………17演示实验部分

实验1

腐蚀原电池……………………18

实验2

原电池的极化…………………19

实验3

钢在硝酸中的钝化……………20

实验4

缓蚀剂的缓蚀效果……………21

实验5

阴极保护——牺牲阳极法……………………22

附录1

CR-3型多功能腐蚀测量仪的使用方法……………23

附录2

PS-1型恒电位/恒电流仪的使用方法……………26综合实验部分

锈蚀碳钢磷化及磷化膜性能检验试验….……….30

附录一……….………….34

附录二…………….42

附录三…………….45

附录四…………….46

实验部分实验1腐蚀试样的制备

电化学试样的制备一、

目的

学会一种用树脂镶制电化学实验用的金属试样的简易方法和焊接金属样品的方法。

二、

材料和药品

金属试样

具有塑料绝缘外套的铜管

塑料套圈

金属砂纸

电烙铁

焊油

焊锡丝

玻璃板

玻璃棒

烧杯

托盘天平

乙二胺

环氧树脂

三、

实验步骤

1．

焊接金属样品

将金属试样的所有面金属都用砂纸打磨光亮，用水冲洗干净后待用。

2．

给电烙铁通电加热，待电烙铁尖端呈红色时，蘸少许焊油且接触焊锡丝待焊锡丝熔化后，将带塑料套圈的铜杆焊在金属试样上。

3．

将锯好的5mm厚的塑料套圈打磨平整待用。

4．

称取100g环氧树脂于烧杯中，再称取5～8g固化剂乙二胺也倒入该烧杯中，用玻璃棒搅拌10min，然后把塑料圈放在光滑的玻璃板上，将金属试样放在塑料圈内中央部分。

5．

把配制好的环氧树脂倒入摆好金属试样的塑料圈内。

6．

24h固化好金属试样可以进行磨制、抛光。

四、

注意事项

1．

焊接金属试样时，因电烙铁尖端部位的温度最高，要用尖端部位进行焊接。焊接时，要先在金属试样上焊上点焊锡丝，再将铜杆尖端也焊上些锡丝，然后把2个锡点进行焊接，这样，即容易焊上又容易焊牢。

2．

不要触摸电烙铁及金属部分，以免烫伤。

实验2恒电位法测定阳极极化曲线一、

目的

1．

了解金属活化、钝化转变过程及金属钝化在研究腐蚀与防护中的作用。

2．

熟悉恒电位测定极化曲线的方法。

3．

通过阳极极化曲线的测定，学会选取阳极保护的技术参数。

二、

基本原理

测定金属腐蚀速度、判断添加剂的作用机理、评选缓蚀剂、研究金属的钝态和钝态破坏及电化学保护，都需测量极化曲线。

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（以下简称电密）之间的关系。

阳极电位和电流的关系曲线称为阳极极化曲线。为了判断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–––致钝电密、维钝电密和钝化电位（钝化区电位范围）。必须测定阳极极化曲线。

测量极化曲线的方法可以采用恒电位和恒电流两种不同方法。以电密为自变量测量极化曲线的方法叫恒电流法，以电位为自变量的测量方法叫恒电位法。

一般情况下，若电极电位是电密的单值函数时，恒电流法和恒电位法测得的结果是一致的。但是如果某种金属在阳极极化过程中，电极表面壮态发生变化，具有活化/钝化变化，那么该金属的阳极过程只能用恒电位法才能将其历程全部揭示出来，这时若采用恒电流法，则阳极过程某些部分将被掩盖，而得不到完整的阳极极化曲线。

在许多情况下，一条完整的极化曲线中与一个电密相对应可以有几个电极电位。例如，对于具有活化/钝化行为的金属在腐蚀体系中的阳极极化曲线是很典型的。由阳极极化曲线可知，在一定的电位范围内，金属存在活化区、钝化过渡区、钝化区和过钝化区，还可知金属的自腐蚀电位（稳定电位）、致钝电密、维钝电密和维钝电位范围。

用恒电流法测量时，由自腐蚀电位点开始逐渐增加电密，当达到致钝电密点时金属开始钝化，由于人为控制电密恒定，故电极电位突然增加到很正的数值（到达过钝化区），跳过钝化区，当再增加电密时，所测得的曲线在过钝化区。因此，用恒电流法测不出金属进入钝化区的真实情况，而是从活化区跃入过钝化区。

碳钢在NH4HCO3-NH4OH中就是在阳极极化过程中由活化态转入钝态的。用恒电位法测定其阳极极化曲线，正是基于碳钢在NH4HCO3-NH4OH体系中有活化/钝化转变这一现象，并可对设备进行阳极保护。

三、

仪器及用品

恒电位仪

极化池

饱和甘汞电极

铂金电极

A3钢电极

粗天平

量筒

1000mL；100mL

烧杯

1000mL

温度计

电炉

NH4HCO3及NH3•H2O,无水乙醇棉，水砂纸。

四、实验步骤

1．

溶液的配制

（1）烧杯内放入700mL去离子水，在电炉上加热到40℃左右，放入160gNH4HCO3，搅拌均匀，然后加入65mL浓NH3•H2O。

（2）将配制好的溶液注入极化池中。

2．

操作步骤

（1）用水砂纸打磨工作电极表面，并用无水乙醇棉擦试干净待用。

（2）将辅助电极和研究电极放入极化池中，甘汞电极浸入饱和KCl溶液中，用盐桥连接二者，盐桥鲁金毛细管尖端距离研究电极1～2mm左右。按图1连接好线路并进行测量。

（3）测A3钢在NH4HCO3-NH4OH体系中的自腐蚀电位约为-0.85V,稳定15min，若电位偏正，可先用很小的阴极电流（50μA/cm2左右）活化1～2min再测定。

图1

恒电位极化曲线测量装置

1盐桥；2辅助电极；3研究电极；4参比电极；极化池

（4）调节恒电位（从自腐蚀电位开始）进行阳极极化，每隔2min增加50mV，并分别读取不同电位下相应的电流值，当电极电位达到+1.2V左右时即可停止试验。

五、

结果及数据处理

1．

求出各点的电密，添入自己设计的表格。

2．

在半对数坐标纸上用所得数据作E—lgi曲线。

3．

指出碳钢在NH4HCO3-NH4OH中进行阳极保护的三个基本参数。

六、

思考题

1．

阳极极化曲线对实施阳极保护有何指导意义？

2．

极化曲线测量对研究电极、辅助电极、参比电极和盐桥的要求是什么？

实验3塔菲尔直线外推法测定金属的腐蚀速度一、

目的

1．

掌握塔菲尔直线外推法测定金属腐蚀速度的原理和方法。

2．

测定低碳钢在1MHAc+1MNaCl混合溶液中腐蚀电密ic、阳极塔菲尔斜率ba和阴极塔菲尔斜率bc。

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.学习用恒电流法绘制极化曲线。

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++2e

2H++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ia等于还原反应速度ic,并且等于自腐蚀电流Icorr,与此对应的电位是自腐蚀电位Ecorrr。

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ia而拟制了还原反应速度ic,此时，金属上通过的阳极性电流应是：

Ia=ia-|ic|=ia+ic

同理，阴极极化时，金属上通过的阴极性电流Ic也有类似关系。

Ic=-|ic|+ia=ic+ia

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：

ia=icorrepx(2.3η/ba)

ic=-icorrexp(-2.3η/bc)

所以

Ia=icorr[exp(2.3η/ba)-exp(-2.3η/bc)]

Ic=-icorr[exp(-2.3η/bc)-exp(2.3η/ba)

当金属的极化处于强极化区时，阳极性电流中的ic和阴极性电流中的ic都可忽略，于是得到：

Ia=icorrexp(2.3η/ba)

Ic=-icorrexp(-2.3η/bc)

或写成：

η=-balgicoor+balgia

η=-bclgicorr+bclgic

可以看出，在强极化区内若将η对lgi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）]。该直线称为塔菲尔直线。将两条塔菲尔直线外延后相交，交点表明金属阳极溶解速度ia与阴极反应（析H2）速度ic相等，金属腐蚀速度达到相对稳定，所对应的电密就是金属的腐蚀电密。

实验时，对腐蚀体系进行强极化（极化电位一般在100～250mV之间），则可得到E–lgi的关系曲线。把塔菲尔直线外延至腐蚀电位。lgi坐标上与交点对应的值为lgic,由此可算出腐蚀电密icorr。由塔菲尔直线分别求出ba和bc。

影响测量结果的因素如下：

（1）体系中由于浓差极化的干扰或其他外来干扰；

（2）体系中存在一个以上的氧化还原过程（塔菲尔直线通常会变形）。故在测量为了能获得较为准确的结果，塔菲尔直线段必须延伸至少一个数量级以上的电流范围。

三、

仪器和用品

恒电位仪

数字电压表

磁力搅拌器

极化池

铂金电极（辅助电极）

饱和甘汞电极

A3钢电极（研究电极），工作面积1cm2

Zn电极（研究电极）

粗天平

秒表

量筒

1000mL,

50mL

烧杯

2000mL，1000mL

HAc，NaCl，无水乙醇棉，水砂纸

介质为1MHAc+1MNaCl混合溶液

四、

实验步骤

1．

配制1MHAc+1MNaCl溶液

2．

将工作电极用水砂纸打磨，用无水乙醇棉擦洗表面去油待用。

3．

将研究电极、参比电极、辅助电极、盐桥装入盛有电解质的极化池，盐桥毛细管尖端距研究电极表面距离可控制为毛细管尖端直径的两倍。

4．

按附录2“PS-1型恒电位/恒电流仪使用方法”连接好线路进行测量。

5．

测量时，先测量阴极极化曲线，然后测量阳极极化曲线。

6．

开动磁力搅拌器，旋转速度为中速，进行极化测量。

7．

先记下i=0时的电极电位值，这是曲线上的第一个点，先进行阴极极化。分别以相隔10s的间隔调节极化电流为-0.5、-1、-2、-3、-4、-5、-10、-20、-30、-40、-50、-60mA，并记录对应的电极电位值，迅速将极化电流调为零，待电位稳定后进行阳极极化。此时应分别调节极化电流为0.5、1、2、3、4、5、10、20、30、40mA，并记录对应的电极电位值。应注意，极化电流改变时，调节时间应快，一般在5秒之内完成，实验结束后将仪器复原。

五、

结果处理

1．

将实验数据绘在半对数坐标纸上。

2．

根据阴极极化曲线的塔菲尔线性段外延求出锌和碳钢的腐蚀电流，并比较它们的腐蚀速度。

3．

分别求出腐蚀电密ic、阴极塔菲尔斜率bc和阳极塔菲尔斜率ba。

六．

思考题

1．

从理论上讲，阴极和阳极的塔菲尔线延伸至腐蚀电位应交于一点，实际测量的结果如何？为什么？

3．

如果两条曲线的延伸线不交于一点，应如何确定腐蚀电密？

实验4失质法测定金属的腐蚀速度

一、

目的

1．

掌握某些因素如介质及其浓度、缓蚀剂等对金属腐蚀速度的影响。

2．

掌握质量法测定金属腐蚀速度的方法。

二．

原理

使金属材料在一定条件下（温度、压力、介质浓度等）经腐蚀介质作用一定时间后，比较腐蚀前后该材料的质量变化从而确定腐蚀速度。

对于均匀腐蚀，根据腐蚀产物易除去与否可分别采用失质指标和增质指标来表示腐蚀速

度。

失质指标V-为：

增质指标V+为：

式中：S

试样面积，m2；

t

试验时间,h；

m0

腐蚀前试样的质量,g；

m¬1

腐蚀后试样的质量（清除腐蚀产物后），g；

m2

腐蚀后试样的质量（清除腐蚀产物前）,g；

对于均匀腐蚀，很易将以上腐蚀速度指标换算成以深度指标Vt表示的腐蚀速度：

式中：ρ

金属的密度，g/cm3

质量法适于室内外多种腐蚀实验，可用于材料的耐蚀性能评定、选择缓蚀剂、改变工艺条件时检查防腐效果等。本实验是碳钢在敞开的酸溶液中的全浸实验，用质量法测定其腐蚀速度。

金属在酸中的腐蚀一般是电化学腐蚀。酸类对金属的腐蚀规律主要取决于酸的氧化性。非氧化性酸，如盐酸，其阴极过程是氢去极化过程；氧化性酸，其阴极过程则主要是氧化剂的还原过程。但我们不可能把酸类截然分成氧化性酸和非氧化性酸，例如，当HNO3比较稀时，碳钢的腐蚀速度随酸浓度的增加而增加，是氢去极化腐蚀，当HNO3浓度超过30%时，碳钢的腐蚀速度迅速下降，HNO3浓度达到50%时，碳钢的腐蚀速度最小，此时碳钢在HNO3中腐蚀的阴极过程是：

NO3-+2H++2e→NO2-+H2O

酸中加入适量缓蚀剂能阻止金属腐蚀或降低金属腐蚀速度。

三、

仪器与药品

钢印、锒头、游标卡尺、毛刷、干燥器、分析天平、烧杯、量筒、搪瓷盘、温度计、电炉、玻璃棒、镊子、滤纸、尼龙丝。

丙酮、去离子水、20%H2SO4、20%H2SO4+硫脲10g/L、20%NHO3、60%NHO3、

12%HCl+1%～2%六次甲基四胺。

四、

实验步骤与内容

1．

试样的准备

（1）

A3碳钢试样，其尺寸为50×25×（2～3）mm。且打磨试样。

（2）

用钢印给试样编号，以示区别。

（3）

用游标卡尺准确测量试样尺寸，计算出试样面积，记录数据。

（4）试样表面除油，先用毛刷、软布在流水中清除其表面残屑、油污，再用丙酮清洗后用滤纸吸干。如此处理的试样避免再用手摸，应用干净纸包好，于干燥器中干燥24h。

（5）将干燥后的试样放在分析天平上称重，精确到0.1mg，称重结果记录在表1内。

2．

腐蚀实验

（1）分别量取800mL下列溶液；

20%H2SO4

20%H2SO4+硫脲10g/L

20%NHO3

60%NHO3

将其分别放在4个1000mL干净烧杯中。

（2）将试样按编号分成四组（每组2片），用尼龙丝悬挂，分别浸入以上4个烧杯中。试样要全部浸入溶液，每个试样浸泡深度要求一致，上端应在液面以下20mm。

（3）自试样进入溶液时开始记录腐蚀时间，半小时后，把试样取出，用水清洗。

3．

腐蚀产物的去除

腐蚀产物的清洗原则是应除去试样上所有的腐蚀产物，而只能去掉最小量的基本金属。去除腐蚀产物的方法有机械法、化学法及电化学法。该实验采用机械法和化学法。

（1）机械法去除腐蚀产物。若腐蚀产物较厚可先用竹签、毛刷、橡皮擦净表面，以加速除锈过程。

（2）化学法除锈。化学法除锈常用的试剂很多，对于铁和钢来说主要有以下几种配方：

a.20%NaOH+200g/L锌粉，沸腾5min,直至干净。

b.HCl+50g/LSnCl2+20g/LSnCl3。

c.12%HCl+0.2%As2O3+0.5%SnCl2+0.4%甲醛，50℃，15～40min。

d.10%H2SO4+0.4%甲醛,40～50℃，10min。

e.12%HCl+1%～2%乌洛托品，50℃或常温。

f.饱和NH4Cl+NH3H2O，常温，直至干净。

本实验采用试剂为配方e，该法空白小，除锈快，经除锈后样品表面稍发黑。

（3）除净腐蚀产物后，用水清洗试样（先用自来水后用去离子水），再用丙酮擦洗、滤纸吸干表面，用纸包好，于干燥器内干燥24h。将干燥后的试样称重，结果记录在表2中。

五、

实验结果的评定

1．

定性评定方法

（1）观察金属试样腐蚀后的外形，确定腐蚀是否均匀，观察腐蚀产物的颜色、分布情况及其与金属表面结合是否牢固。

（2）观察溶液颜色是否变化，是否有腐蚀产物的沉淀。

2．

定量评定方法

若腐蚀是均匀的，可依上述公式计算V-，并可换算成腐蚀深度。根据下式计算20%H2SO4加硫脲后的缓蚀率G：

式中：V

未加缓蚀剂时的腐蚀速度；

V’’

加缓蚀剂时的腐蚀速度

六、

思考题

1．

为什么试样浸泡前表面要经过打磨？

2．

试样浸泡深度对实验结果有何影响？

表1

试样称重结果记录

编号

长（mm）

宽（mm）

厚（mm）

孔径（mm）

面积（mm2）

1

2

3

4

5

6

7

8

表2

试样测试结果记录

组别

腐蚀介质

编号

腐蚀时间（h）

试样原重(g)

腐蚀后重(g)

失重(g)

腐蚀速度(g/m2h)

腐蚀深度(mm)

缓蚀率(%)

一

1

2

二

3

4

三

5

6

四

7

8

实验5

线性极化法测定金属的腐蚀速度一、

目的

1．

掌握线性极化仪的使用方法。

2．

掌握几种求塔菲尔常数的方法。

3．

了解线性极化技术测定金属腐蚀速度的原理。

二、

实验原理

对于活化极化控制的腐蚀体系，当自腐蚀电位Ecorr相距两个局部反应的平衡电位甚远时，极化电流ic外与电极电位E关系方程为：

对上式微分并经数学处理，可得到：

式中：Rp

极化阻力(Ω)；

icorr

金属的腐蚀电密（A/cm2)；

ic外

极化电密(A/cm2)；

Ecorr

金属的腐蚀电位（V）；

dη

极化电位（V）；

ba、bc

阳、阴极塔菲尔常数（V）

则

此式为线性极化方程式。由此可知，腐蚀速度icorr与极化电阻Rp成反比，只要测得Rp和bc、ba后，就可求出金属的腐蚀速度。

三、

仪器和药品

线性极化仪、碳钢电极、烧杯、电极架、砂纸等，

若丁（二邻甲苯基硫脲）、乌洛托品、丙酮、酒精棉、硫酸

四、

实验步骤

1．

三电极体系准备

（1）

焊接

（2）

打磨

（3）

计算面积

（4）

清洗

2．

CR-3型多功能腐蚀测量仪使用方法见附录1。

3．

实验溶液配制

（1）0.5MH2SO4

800mL

0.5MH2SO4分别加0.2,0.5,0.6,0.8,1.0,1.2g乌洛托品溶液。

（2）0.5MH2SO4

0.5MH2SO4+1mg(NH2)2CS(硫脲)

0.5MH2SO4+若丁

0.5MH2SO4+0.5%乌洛托品溶液。

4.

分别测定各电极电位，选择电位差小于2mV的二个电极为工作电极和参比电极，另一电极为辅助电极。

5．

加极化电位±5mV，记录Δi5或Rp

加极化电位±10mV，记录Δi10或Rp

五、

结果处理

1．

计算或作图求出Rp

2．

选用以下ba、bc数据计算icorr

塔菲尔常数（20℃，mV）

ba

bc

0.5MH2SO4

54.4

112.1

0.5MH2SO4+1mg(NH2)2CS

91.1

121.2

0.5MH2SO4+若丁

76.3

157.4

0.5MH2SO4+0.5%乌洛托品溶液

96.0

132.0

3.

比较几种缓蚀剂的缓蚀率。

六、思考题

1．

在什么条件下才能应用线性极化方程式计算金属腐蚀速度？

2．

确定塔菲尔常数的方法有那些？

实验6电位—pH图的应用一、

目的

1．

学会应用电位—pH图。

2．

了解铁在0.1MNaHCO3溶液中的腐蚀情况，并对铁在此条件下进行阳极保护和阴极保护。

二、

原理

利用电位—pH图可直接判断在给定条件下氧化反应进行的可能性或进行反应所必须的电位—pH范围。

铁水体系的电位—pH图给出了铁及其氧化物稳定存在的平衡区域，也可用以估计铁在不同pH水溶液中进行阳极保护和阴极保护的条件。

如果对铁进行阳极极化，使其电位提高到钝化区，该区处在Fe2O3的稳定区，此种条件下铁表面生成一层Fe2O3膜，铁由腐蚀状态进入钝化态，使铁的腐蚀速度大大减小而受到保护。如果对铁进行阴极极化，即将电位降到免蚀区，金属铁由腐蚀态转变为热力学稳定状态，使铁的腐蚀停止而得到保护。

三、

仪器和试剂

直流稳压电源

1台

数字稳压表

1台

毫安表

1个

极化池

2个

铂金电极

2个

饱和甘汞电极

2个

铁丝电极（φ=1.6mm,L=300mm）

8根

N2,O2

烧杯250～300mL(细长的)

1个

NaHCO3(0.1M,pH=8.4)

2L

H2SO4(1M)

无水乙醇棉，乳胶管，弹簧夹，吹风机

四、

实验步骤

1．

制作电极

将L=40cm,φ=1.6mm的铁丝绕在φ=10mm金属棒上，尾部留出4mm用于与外线路连接，抽出金属棒后将铁丝圈拉成14cm长的弹簧形状。

2．

处理铁丝电极

将铁丝电极放入盛有1MH2SO4的细长烧杯中，待铁丝表面镀锌层全部溶解后（气泡析出量骤减）取出，用去离子水冲洗2次，再用酒精棉擦净待用。

3．

阳极腐蚀与保护

（1）

在两个极化池中分别注入500mL0.1MNaHCO3(pH=8.4),将4根处理好的铁丝电极编号并放入两个极化池中，按图2连接线路。向溶液中通N215min后即可测定自腐蚀电位。

图2

实验线路连接图

（2）合上开关K、C，将电源电压缓慢调至2.5V左右，观察电流下降的情况和各电极的反应现象（腐蚀产物颜色、气体析出量等），并作记录。待电流稳定后（降至5mA）测定各电极的电位。

（3）用玻璃棒轻敲电极4，使其表面附着物脱落，然后断开开关C，观察各电极的反应现象。15min后记下电流值并测定各电极的电极电位。

（4）断开开关K,停止通N2,取出电极，观察并记录各电极表面状态。

（5）将测得各电极的电位值与电位—pH图比较，确定出各电极处于什么区域（免蚀区、腐蚀区、钝化区）。

（6）解释各电极的反应现象，指出各电极的产物是什么？

4．

阴极腐蚀与保护

（1）如前述，连接好实验线路。向极化池1中通O2，极化池2处于自然状态，15min后测定4个电极的自腐蚀电位。

（2）关闭开关K，开关C断开，调节电源电压（4.5V）,使极化池1中阴极的电极电位为-600mV(SCE),观察并记录电流的变化情况和反应现象，测定各电极的电极电位。

（3）弹掉电极1上的反应产物，观察并记录各电极的反应现象（注意腐蚀产物的颜色、溶液的颜色、气体析出情况等）。

（4）将测得各电极的电位值与电位—pH图比较，确定各电极处于什么区域。

（5）解释实验现象，指出各电极上的产物是什么？

五、

思考题

1．

根据电位—pH图，讨论在实验电位范围内有哪些电化学平衡反应。

2.

讨论各电极表面腐蚀产物及析出气体是什么？

3.

讨论如何对NaHCO3(pH=8.4)中的铁进行阳极保护和阴极保护。

实验7动电位扫描法测定金属的阳极极化曲线一、

目的

了解动电位扫描法测定阳极极化曲线的方法。

二、

原理

在测量阳极极化曲线时，动电位扫描法是准稳态方法，利用线性扫描电压信号控制恒电位仪的给定自变量，使其按照预定的程序以规定的速度连续线性变化，记录相应的信号，自动绘制极化曲线，即电位-电流关系曲线。

三、

仪器与用品

环氧树脂、铜丝、塑料管、砂纸、430不锈钢、试样、铂电极、甘汞电极、电解池、N2、恒温水浴锅、恒电位仪、电位扫描仪、对数转换仪、x-y函数记录仪

四、

实验步骤

１．

样品制备

(1)

将10m2的试样四周用300#～600#砂纸打磨光滑。

(2)将铜丝剪成适当长度，一端砸平，焊在试样上，用酒精棉、丙酮擦洗净并套上塑料管。

(3)向环氧树脂中加入7%乙二胺（W/W），调匀后镶在试样上。24h凝固后可用。

2．

作标准极化曲线

（1）将上述制备的样品工作面用300#～600#砂纸打磨光滑。

（2）配置1000mL0.5MH2SO4溶液。

（3）将配置好的溶液倒入极化池中，通N2除氧30min，温度为30℃左右。

（4）将工作电极、辅助电极、参比电极安装好放入电解池，稳定20min。

（5）按图３连线，检查无误后，打开各仪器电源，将恒电位仪置“参比”测量试样的自腐蚀电位Ecorr,由电位扫描仪将电位预置到-0.5V,以10mV/min速度进行阳极极化，直到1.6V为止。将所测得的曲线与标准曲线相对照。

五、

思考题

1.影响测量阳极极化曲线的因素有哪些？

图3极化曲线自动测量连线图

实验8电偶腐蚀速度的测定一、

目的

1．

掌握电偶腐蚀测试原理，了解不同金属或合金接触时组成的电偶对在介质中的电位序。

2．

了解在电偶腐蚀中阴、阳极面积比、溶液状态、pH值对腐蚀电流的影响。

3．

学会使用零阻电流表测定电偶电流的方法。

二、

原理

电偶法是快速测定金属腐蚀的方法。当两种不同金属在电解质中相接触时，由于其腐蚀电位差异，形成电偶对，原腐蚀电位较负的金属成为电偶对的阳极而腐蚀速度增大，导致异金属接触处阳极金属侧局部腐蚀。

利用零电阻电流表，可测量浸入电解质中异金属电极之间流过的电流，此即该电偶对的电偶电流。根据电偶电流数值，可判断金属耐接触腐蚀性能。在此简介电偶电流与电偶对中阳极金属溶解电流及与阴/阳极面积比之间的关系。

１．

活化极化控制体系：电偶电流Ig可表示为电偶电位Eg处电偶对阳极金属上局部阳极电流Ia与局部阴极电流Ic之差：

Ig=Ia(Eg)-Ic(Eg)

通过推导可写成：

式中：Ia

电偶对中阳极金属的真实溶解电流；

Ecorr、Icorr

分别为该金属的自腐蚀电位和自腐蚀电流；

bc

该金属的阴极塔菲尔常数。

对上式可考虑两种情况：

（1）Eg>>Ecorr,即形成电偶对后阳极极化很大，Ig≈Ia,此时电偶电流等于电偶对中阳极金属的溶解电流。

（2）Eg≈Ecorr,即形成电偶对后阳极极化很小，则Ig=Ia-Icorr,此时电偶电流等于电偶对中阳极金属的溶解电流的增加量。

2．

扩散控制体系：若电偶对中阳极金属的腐蚀速度受氧化剂向金属表面的扩散速度所控制，且阴极金属仅起阳电极作用，此时电偶对中阳极金属的腐蚀电密等于阴极扩散电密，

ia=iL

由此可得电偶对中阳极金属的溶解电密ia相对于阳极的电偶电流密度IgA与阴/阳极面积比的关系为：式中：Sa

电偶对中阳极金属的面积；

Sc

电偶对中阴极金属的面积。

测量电偶电流不能用普通的安培表，要采用零电阻安培表的测试技术。目前已用晶体管运算放大器制作零阻安培表，也可利用零阻安培表的结构原理，将恒电位仪改接成测量电偶电流的仪器。

三、

仪器及用品

电偶腐蚀计

磁力搅拌器

铁（A3钢）电极

Cu电极、Zn电极、Al电极、Pt电极

烧杯

1000mL

量筒

1000mL、5mL

有机玻璃支架

NaCl,

HCl,

NaOH,

pH试纸，砂纸，无水乙醇棉，封蜡，毛笔等

四、

实验步骤

1．

将各电极用水砂纸打磨，无水乙醇去油，用封蜡涂封留下所需面积放入干燥器中待用。

2．

配制3%NaCl溶液，连接仪器线路。

3．

测各电极在3%NaCl溶液中自腐蚀电位，相对Pt甘汞电极，各电极面积相等。

4．

测定在3%NaCl溶液中下列电偶对的电位差及电偶电流：

Fe-Cu,Fe-Zn,Fe-Al,Al-Cu,Al-Zn,Zn-Cu

5.

待电极的自腐蚀电位趋于稳定后测定各电偶对的电偶电流Ig随时间的变化情况直到电流比较稳定时为止。记录偶合电极相对于Pt电极的电位（最初几分钟，Ig随时间变化较快，每0.5min或1min记录一次Ig值，以后可以增大时间间隔）。

6．

改变Fe-Pt电偶对的阴/阳极面积比，测电偶电流：

（1）阴、阳极面积相等

（2）阴/阳极面积比为10:1（减小阳极面积）

（3）阴/阳极面积比为1:10（减小阴极面积）

7．

测Fe-Pt电偶对不同搅拌速度的电偶电流。静态、慢速、中速、快速。

8．

不同pH值时测电偶电流：

（1）加1mLHCl使溶液pH降至3。

（2）加0.5gNaOH使pH升至10。

五、

结果处理

1．

将所有测量数据记录成表。

2．

在同一张直角坐标纸上绘制出各组电偶电流Ig对时间的关系曲线。

3．

根据所测数据计算Fe-Pt电偶对中不同面积比、不同pH值、不同搅拌速度时Fe的腐蚀速度（阴极过程为扩散控制）。

六、

思考题

1．

在扩散控制情况下，阴、阳极面积变化对电偶电流有何影响？

2．

在什么条件下电偶电流等于自腐蚀电流？

实验9闭塞电池腐蚀模拟实验

一、

目的

加深对孔蚀、缝隙腐蚀及SCC等局部腐蚀发展过程机理的理解。

二、

原理

对于孔蚀，孔内金属表面处于活化态，电位较负，孔外金属表面处于钝化态，电位较正。于是孔内、外构成一个活态-钝态的微电偶腐蚀电池。

孔内反应为：

M→Mn++ne

孔外反应为：

O2+2H2O+4e→4OH-

二次腐蚀产物M(OH)n在孔口生成，无多大保护作用。孔内介质相对于孔外介质呈滞留状态，Mn+不易向外扩散，O2也不易扩散进去。由于孔内Mn+浓度增加，Cl-迁入以维持电中性，孔内形成了MCln的浓溶液，又由于MCln的水解，使孔内H+浓度增加，pH值降低，加快金属阳极溶解速度。这就是自催化过程。基于上述原理，采用外加极化的方法，在一带有小空的管壮玻璃筒内插入金属铝片，铝片与外电路阳极相接，小孔用瓷质隔膜或半透膜与筒外溶液隔离，筒外插入大面积铝片，铝片与外电路阴极相接，通过强制极化来模拟闭塞腐蚀电池的腐蚀过程。

三、

实验步骤

1．

配制5%（W/W）的NaCl溶液，将铝试片用金相砂纸打磨后用乙醇、丙酮擦洗干净备用。

2．

实验装置及与恒电位仪的连接见附录２“PS—1型恒电位/恒电流仪的使用方法”。

3．

测定极化前孔内外pH值及铝片的自腐蚀电位（甘汞电极插入玻璃筒后应去掉其上部的橡皮塞）。

4．

采用恒电流法以电流密度为1mA/cm2阳极电极极化2h，每隔20min记录一次电极电位值以及测定一次孔内外的pH值，同时观察筒内外溶液状态的变化。具体步骤为：

（1）测量出研究电极面积，以此计算出极化时所需电流强度。

（2）检查实验装置及线路连接无误后，将恒电位仪的“工作选择”开关置于“恒电流”挡，“电流量程”开关置于“最小”挡，即100μA挡，将“电源开关”先置于“自然”，待测定自腐蚀电位后，再置于“极化位置”。调节恒电流粗、细旋钮，使电流表指针指在零点。再根据实验所需电流强度值将“电流量程”开关置于相应数值挡。调节恒电流粗、细旋钮，使电流表指针指在所需值位置上（电流表零点右边为阳极电流，左边为阴极电流）。

5.

停止极化，15min后测定实验后铝片的自腐蚀电位，然后取出铝片，分别观察阴、阳极的表面状况。

四、

结果处理

1．

将极化后孔内、外的pH值变化及研究电极电位随时间的变化列表。

2．

比较上述实验结果并讨论之。

五、

思考题

1．

实验中，研究电极电位发生变化，且极化前后自腐蚀电位不同，为什么？

2．

实验中，筒内pH值开始迅速下降，一定时间后几乎不再发生变化，为什么？

演示实验部分

实验1

腐蚀原电池

一、

目的

1．

了解腐蚀原电池的结构和作用及原电池工作过程中的电极反应。

2．

观察析H2腐蚀现象，观察微电池腐蚀与宏电池腐蚀的异同。

3．

不同金属相接触，由于构成电偶对，使阳极金属加速腐蚀，阴极金属得到保护。

二、

实验物品

工业锌片、铜片或铂片，0.2MHCl,玻璃皿，丙酮棉，镊子，砂纸等。

三、

实验步骤及现象

1．

用砂纸打磨试样，丙酮棉擦净去油。

2．

将锌片和铜片或铂片分别放入盛有HCl的玻璃皿中，互不接触，观察到在锌片上有不少气泡从表面逸出。而铜片或铂片上无气泡逸出。

3．

将锌片与铜片或铂片相接触，观察到有大量H2气泡从铜片或铂片表面逸出，而锌片表面的气泡相对减少，并有黑色物质从锌片表面析出。

四、

现象分析与结论

1．

锌片在HCl中受腐蚀，构成腐蚀电池，阳极是工业锌片中大量的金属锌，在锌上发生氧化反应：

Zn→Zn2++2e

Zn溶于HCl中。而阴极是工业锌片上的杂质如Cu、Fe、Fe7Zn等，阴极反应为：

2H++2e→H2↑

由于锌片上的阴极性杂质的分布是随机的，且颗粒很小，肉眼无法辨别阴、阳极位置，它们可能瞬时发生变化，表现出整个锌片上都有H2气泡逸出。结果导致锌片全面腐蚀。又称之为微电池腐蚀。

2．

锌片和铂片相接触时，由锌片和铂片共同组成腐蚀宏电池。整个锌片为阳极，铂片为阴极，锌片上发生阳极反应：

Zn→Zn2++2e

铂片上发生阴极反应：

2H++2e→H2↑

同时，锌片上的微电池腐蚀反应仍继续发生。故锌片既受自身的微电池腐蚀，又加上锌-铂组成的宏电池的腐蚀，所以锌片的腐蚀加剧。

从以上现象看不仅在锌片上有少量H2气泡逸出，铂片上也有大量H2气泡逸出。生成H2气泡的量增多说明锌片腐蚀的量增加。结论是与电位较高的金属相接触，电位较低的金属腐蚀加剧。

3．

组成腐蚀原电池需要以下几个要素：

（1）阳极和阳极反应；

（2）阴极和阴极反应；

（3）电解质溶液中存在能够吸收电子的氧化剂；

（4）存在电子通道，使阳极反应生成的电子能够流畅流向阴极。

以上几个要素缺一不可。某一环节受阻就会使腐蚀原电池停止工作。

4．

酸性溶液中，金属主要遭受析氢腐蚀。

五、

思考题

1．

原电池与电解池的区别是什么？

2．

微电池与宏电池的区别是什么？

实验2

原电池的极化

一、

目的

了解有电流通过电池时，电极电位发生变化，阳极电位变正，阴极电位变负。结果使电池的电位差减小。在电池的电阻不变时，使通过电池的电流减小，这种现象叫电池的极化。腐蚀原电池发生极化时，使腐蚀电流减小。人们利用电池的极化特性，尽量加大极化，达到降低腐蚀电流的目的。

若极化前后电池的电阻不变，则有极化后腐蚀电流减小。即

二、

实验物品

Cu片试样，Zn片试样，3.5%NaCl溶液。

导线，开关，指针式万用表

烧杯等

三、

实验步骤及现象

1．

用砂纸打磨好Zn电极和Cu电极。

2．

将Zn电极和Cu电极分别插入溶液中，用导线接通电流表。同时观察电流表指针的变化。接通电路的瞬间，回路中电流有一最大值，很快电流变小并稳定在一个定值。最大值与稳定值的电流之差可以是几倍乃至几十倍。

四、

现象分析与结论

1．

刚接通回路的瞬间，即电极还未极化时，通过电池的电流为：

电流表指针偏离较大。由于电流Ii=0流过电池使阴阳极分别产生极化，阳极电位升高，阴极电位降低。结果使电池电动势减小为ΔEi=i,此时通过电池的电流降为：

小于原来的Ii=0。

2．

电池极化后电流减小到一个稳定值。该电流就是该腐蚀电池的腐蚀速度的度量，它是以溶解金属锌放出电子，供给阴极进行还原反应来实现的。在中性NaCl溶液中，阴极反应为吸氧反应：

O2+2H2O+4e→4OH-

3．

由于电池的极化可以减小腐蚀速度应想办法增加电池的极化，以减轻腐蚀。

五、思考题

1．

分析电池是怎样极化的，原因何在？

2.

所有电池的极化都是有益的吗？

实验3

钢在硝酸中的钝化

一、

目的

1．

观察钢在稀HNO3中的活性溶解，了解阳极和阴极反应式。

2．

观察钢在浓HNO3中的钝化，使腐蚀速度降低几个数量级。

3．

了解钝化现象在一定程度上，一定条件下可以保持。

二、

实验物品

钢铁试样若干片，20%、40%、60%的HNO3溶液，塑料绳，烧杯，1MHCl溶液等

三、

实验步骤及现象

1．

用塑料绳系好四片试样。二片分别放入20%、40%的HNO3溶液中，另二片分别放入60%的HNO3溶液中，在20%、40%的HNO3溶液中试样反应剧烈，有黑色沉淀溶入溶液和棕黄色浓烟冒出，在60%的HNO3溶液中的二片试片无任何反应发生。

2．

将60%HNO3溶液中的一片试片取出，再放到20%HNO3溶液中，看到该试片也不与溶液反应，而放入另一片钝化过的试样在1MHCl溶液中，该试样表面发生腐蚀反应，有气泡冒出。

四、现象分析及结论

1．

在20%的HNO3溶液中试样发生剧烈活性溶解反应

阳极反应：Fe→Fe2++2e

阴极反应：2H++NO3-+e→NO2↑+H2O

此时阴极反应不是析H2反应，其原因是由于析H2反应的电极电位低于N5+还原成N4+的电极电位。

2．

在60%的HNO3溶液中试样被钝化，生成一层表面膜（氧化膜或钝化膜）可能是发生如下反应的结果：

3Me+3H2O→Me2O3+6H++6e

这层氧化膜很薄且致密，有效地隔离了金属与介质的接触，使阳极反应受到阻滞。表面膜在介质中难溶，金属获得很好的耐蚀性。腐蚀速度可降低105-6倍。试样在浓HNO3中获得钝性的原因，是由于浓HNO3的强氧化性，使NO3-去极化反应的平衡电位很高，有Ec>Epp。见图4。由于强烈的阴极去极化反应，阴极还原电流在E=Epp时大于金属阳极的致钝电流，即：

ic>ipp

,金属的腐蚀电位Ecorr落在钝化区，金属获得钝性，这称为自钝化。

3．

经钝化的金属试样，能够保持钝性，再放到稀HNO3溶液中不会发生活性溶解，但如果将钝化膜破坏，则不能保持钝态，金属又会遭受强烈的腐蚀。如放在HCl溶液中，钝化膜受到Cl-的破坏，钝化膜出现孔洞，未能自行修补的话，金属就会失去钝性。

五、

思考题

金属自钝化的条件是什么？

图4阳极钝化曲线示意图

实验4

缓蚀剂的缓蚀效果

一、

目的

观察和了解在腐蚀介质中加入一定量缓蚀剂对抑制金属腐蚀的效果。

二、

实验物品

低碳钢试样，烧杯，镊子，塑料绳，玻璃棒，丙酮棉，砂纸，

2%六次甲基四胺，12%HCl溶液

三、

实验步骤及现象

1．

将试样用砂纸打磨，用丙酮脱脂、干燥。

2．

将配好的HCl溶液倒入玻璃皿内，用镊子放入试样并观察现象。

3．

5min后滴入缓蚀剂，观察现象。

四、

现象分析及结论

1．

在HCl中低碳钢试样发生析H2腐蚀，放出H2。

2．

在HCl中加入缓蚀剂，抑制了碳钢的腐蚀。

3．

六次甲基四胺是一种缓蚀剂，加入腐蚀介质中可以抑制和降低金属的腐蚀速度。

4．

该缓蚀剂的缓蚀作用是由于在金属表面生成一层吸附性保护膜，防止了介质的侵蚀。

5．

在HCl溶液中，六次甲基四胺是一种阴极性缓蚀剂，抑制了阴极反应。减轻了腐蚀，其反应如下：

(CN2)6N4+6H2O+4HCl=6HCHO+4NH4Cl

五、

思考题

在什么条件下采用缓蚀剂比较好？使用缓蚀剂需注意什么问题？

实验5

阴极保护—牺牲阳极法

一、

目的

了解牺牲阳极法阴极保护的原理。

二、

实验物品

0.1MHCl溶液，烧杯，碳钢片，Zn片，高阻电子mV计（或数字电压表如PZ26）,甘汞电极，导线，夹子等。

三、

实验步骤及现象

1．

砂纸打磨试样、洗净、去脂、干燥。

2．

在盛有0.1MHCl溶液的二个烧杯中，分别放入碳钢片和Zn与碳钢相连的碳钢片，可看到碳钢片上面有气泡逸出，与Zn相连的碳钢片上也有气泡逸出。

3．

分别在放入后的20min和1h后，直接测量试样相对于甘汞电极的电极电位。

四、

现象分析与结论

1．

在HCl中碳钢试样发生析H2腐蚀，碳钢表面逸出H2气泡,碳钢本身既是阳极又是阴极，发生全面腐蚀。与Zn相连的碳钢片与Zn组成宏电池，Zn为阳极发生活性溶解，碳钢为阴极发生析H2反应，表面不被腐蚀。

2．

在电位测量中可知，碳钢的电位为其腐蚀电位。Zn与碳钢连接后，Zn电极为阳极，电位极化升高，碳钢电极为阴极，电位极化降低，最后的腐蚀电位落在碳钢电极与锌电极之间的一个数值上。

该腐蚀电位低于单个碳钢的腐蚀电位，若此腐蚀电位低于碳钢的阳极溶解反应的标准电位-0.44V,则认为碳钢被完全保护。腐蚀电位稍高于-0.44V时认为碳钢被部分保护。起保护作用都是以锌的腐蚀溶解为代价。

五、

思考题

金属怎样才能得到阴极保护？

附录1.CR-3型多功能腐蚀测量仪的使用方法

CR-3型多功能腐蚀测量仪是一台基于线性极化技术原理和电偶腐蚀原理的新型腐蚀测量仪，它可用于：

①腐蚀速度测量（线性极化法和弱极化法）；

②电偶电流测量；

③电偶电位测量；

④自腐蚀电位测量；

⑤各种恒电位条件下的极化测量；

⑥数字电表测量直流电流和直流电压

该仪器可用于评定金属耐蚀性、评价缓蚀剂、检验环境腐蚀性、测定牺牲阳极输出电流，用于工业设备腐蚀监测和装备阴极保护监测车，用于腐蚀研究、腐蚀失效分析及防腐设计等。

CR-3型多功能腐蚀测量仪可自动跟随自腐蚀电位。具有极化电位范围宽和电流测量范围大、控制精度高、工作性能稳定、使用简便以及体积小、重量轻等特点。该仪器采用三位半数字表显示测量值，并备有模拟量和数字量输出接口，可供连接记录仪、打印机和计算机使用，进行自动记录和数据处理，还备有直流电源插孔，可在野外或无交流电源供电的条件下使用。

1．

前面板元件功能说明

CR-3型多功能腐蚀测量仪的前面板元件结构如图5所示。

（1）

电极输入：线性极化测量和电偶测量时分别按表３接测量电极。

表３

电极接线说明

电极输入导线

线性极化测量

电偶测量

黄色

工作电极(W)

电极Ⅰ

红色

辅助电极(A)

电极Ⅱ

兰色

参比电极(R)

参比电极

（2）

极化值：线性极化测量时，给定极化电位ΔE选择。

（3）

量程：用于线性极化测量和电偶测量时切换电流量程或电位量程选择。

图5.CR-3型多功能腐蚀测量仪前面板元件结构图

（4）

数字显示屏：最大显示值为1999。电流测量时，“-”为阴极化数据，无符号（即“+”）为阳极化数据；电位测量时，显示值为参比电极相对于工作电极的电位（注意：其符号与电化学理论中习用的“研究电极相对于参比电极的电位”的符号相反）。测量值超出显示范围时，数字全暗，改换量程即可重新显示。

（5）

指示灯：指示线性极化测量时仪器逻辑工作的极化时间（红灯）和采样时间（绿灯），电偶测量和自腐蚀电位测量时指示灯不变。

（6）

工作选择：可供选择线性极化测量时的阳极化(A)、阴极化(C)和阳/阴极交替极化(A/C)以及自腐蚀电位（Ek=Ecorr）测量；电偶测量时的电极Ⅰ或电极Ⅱ的自腐蚀电位(Ek)、电偶电位(Eg)和电偶电流(Ig)。

（7）

校准/测量：按下此键为校准状态，内部输入端与测量电极断开，接入一1KΩ标准电阻，可进行模拟极化状态下的校准，此键弹出时为测量状态。

2．

后面板元件功能说明

CR-3型多功能腐蚀测量仪的后面板元件结构如图6所示。

图6.CR-3型多功能腐蚀测量仪后面板元件结构图（8）

电源插孔：交流220V输入

（9）

电源开关

（10）调零Ⅱ：电压调零

（11）调零Ⅰ：电流调零

（12）数据输出：BCD代码数字打印输出，可接中腐防蚀科技发展公司产品CR-5

型数字打印机及其他型号打印机，可用于线性极化测量时极化电流和电偶腐蚀测量时电偶电流、电偶电位及自腐蚀电位测量的自动打印记录。本仪器数据输出为串行输出，接线图如图7所示。

图7.打印输出接线说明

（13）直流输出：即模拟信号输出，接记录仪。E输出为电偶电位的输出端，I输出为极化电流或电偶电流Ig的输出端。

（14）6V插孔：直流6V输入

（15）0.5A电源保险丝

3．

线性极化测量

（1）

把电极插头插入“电极输入”插孔（1），按表3连接待测的三电极系统。

（2）

接通电源，数码管亮，预热15min。

（3）

置“量程”（3）于2V挡，按下“Ek”键，数字显示值即为参比电极相对于工作电极的自腐蚀电位。负值表示工作电极电位高于参比电极电位，正值反之（注意：其符号与电化学理论中习用的“研究电极相对于参比电极的电位”的符号相反）。

（4）

根据测量所需选择极化值和极化方向，调整“量程”（3）至合适的电流量程范围。此时仪器内部按设计逻辑自动进行，首先经过约32s的自腐蚀电位跟随时间，然后开始恒电位极化（红灯亮），在极化过程结束前定时采样（绿灯亮），数字显示该次极化的测量电流值，并一直保持到下一个极化周期的采样时刻。

4．

电偶腐蚀测量

（1）

把电极插头插入“电极输入”插孔（1），按表3连接待测的三电极系统。根据测量所需，电极Ⅰ和电极Ⅱ可以互换。

（2）

接通电源，数码管亮，预热15min。

（3）

置“量程”（3）于2V挡，按下“Ek”键，数字显示值即为参比电极相对于电极Ⅰ的自腐蚀电位。

（4）

按下“Eg”键，电偶对（电极Ⅰ和电极Ⅱ）自动短路偶接，此时数字显示值为参比电极相对于该电偶对的混合电位，即电偶电位。注意电位符号。

（5）

按下“Ig”键，调整“量程”至合适的电流量程范围，数字显示值为该电偶对中流过的零电阻电流，即电偶电流。

5．

直流电压和直流电流测量

CR-3型多功能腐蚀测量仪可用作数字电表，测量直流电压和直流电流。

（1）

直流电压测量：将工作电极夹和参比电极夹分别接到待测直流电压两端，接通电源，置“量程”（3）于2V挡，按下“Ek”键，数字显示值即为该电压值。

（2）

直流电流测量：将工作电极夹和参比电极夹分别接到待测直流电流两端，接通电源，置适当“量程”，按下“Ig”键，数字显示值即为该电流值。

附录2.PS-1型恒电位/恒电流仪的使用方法

PS-1型恒电位/恒电流仪是一种重要的腐蚀检测和电化学测量仪器。在电极过程动力学分析、电解、电镀、金属相分析、金属腐蚀速度测量和各种腐蚀与防腐蚀研究及电化学保护参数测试等方面具有广泛用途。可以独立使用，也可辅以X-Y记录仪、直流示波器、对数转换器、信号发生器等进行多种动态和静态、暂态和稳态的实验测量。其电位与电流测量分别由两组三位半数字表显示，控制精度高，响应速度快，技术性能稳定可靠。

一、仪器面板元件结构

1．前面板元件结构功能说明

PS-1型恒电位/恒电流仪的前面板元件结构如图8所示。

图8.

PS-1型恒电位/恒电流仪前面板元件结构图(1)

电极输入：恒电位或恒电流测量时均应按表4连接测量电极。

表4

测量电极接线说明

电极输入夹头

恒电位/恒电流测量

绿/白双线

研究电极

红线

辅助电极

兰线

参比电极注意：研究电极（又称工作电极）为双线输入，一根为电流线，一根为电位线，这是为了避免导线上流过电流产生的电压降引起测量误差。

（2）

电流量程：用于恒电位工作时测量电流或恒电流工作时给定电流之需切换电流量程。共分四挡，即满量程2mA,20mA,200mA,2A。

（3）

电流测量显示：数字显示屏，最大显示值为1999。“-”电流值为阴极化数据，无符号（即“+”）为阳极化数据。

（4）

电位测量显示：数字显示屏，最大显示值为±1.999V,显示的电位值为参比电极相对于研究电极的电位，其符号与电化学理论中习用的研究电极的电位符号相反。注意：测量值超出显示范围（溢出）时，元件（3）和（4）的数字全暗，改换量程后即可重新显示。

（5）

参比/给定：恒电位工作时，按下“参比”键或“给定”键，元件（4）显示测量的参比电位或给定电位之用。

（6）

给定电位粗调：恒电位工作时粗调给定电位值。

（7）

给定电位细调：恒电位工作时细调给定电位值。

（8）

工作选择：可供选择“恒电位”工作或“恒电流”工作。

（9）

给定电流粗调：恒电流工作时粗调给定电流值。

（10）给定电流细调：恒电流工作时细调给定电流值。

（11）电流/校准。

（12）调零：电流表的调零电位器。

（13）通/断开关：“断”为辅助电极开路，测量系统处于准备状态，此时可测量研究电极的开路电位（自腐蚀电位）；“通”为辅助电极闭路，测量系统处于工作状态，此时元件（3）显示相应电流值。

2．后面板元件结构功能说明

PS-1型恒电位/恒电流仪的后面板元件结构如图9所示。

图9.

PS-1型恒电位/恒电流仪后面板元件结构图

（14）电源插孔：交流220V输入插孔。

（15）电源开关：“开”为仪器接通220V电源，处于工作状态；“关”为处于准备状态。

（16）调零：仪器内部调零键，供检修用。仪器出厂时即已调定，勿随意调动。

（17）电流输出：电流测量之模拟信号输出端，供外接示波器或记录仪。其端电压与输出电流成正比，各挡满量程对应的输出电压均为1.999V。阳极化输出电流为正值，阴极化输出电流为负值，黑色接线柱为输出低端。

（18）电位输出：电位测量之模拟信号输出端，供外接示波器或记录仪。其端电压即为输出电位，满量程为1.999V。黑色接线柱为输出低端。

（19）外接给定电位：从外部输入给定电位信号的输入端。当进行动电位扫描测量或暂态测量时可由此处外接信号发生器。当外接给定电位信号时，仪器内部的给定电位系统自动断开。

（20）1A保险丝

（21）1A保险丝

（22）0.2A保险丝

二、

使用方法

1．

预热：接通电源，预热15min，以使仪器工作在稳定状态。

2．

校准：指电流表零点校正。仪器预热15min后，按下“校准”键（11），“通-断”开关（13）置于“断”的位置，电流量程（2）置于2mV挡，如电流表（3）显示不为0.000，可调节前面板上的“调零”键（12），使电流表显示为0.000。

3．

电极开路电位测量：即研究电极自腐蚀电位测量。将电极输入（1）的引线连接到电解池体系，“通-断”开关（13）置于“断”的位置，接通电源（14），打开电源开关（15），预热15min后，按下“恒电位”键（8）、“电流”键（11）、“参比”键（5），数字表（4）显示即为参比电极相对于研究电极的开路电位，即研究电极的自腐蚀电位，但符号相反。

4．

恒电位极化测量：按照上述第3项完成自腐蚀电位测量后，接着按下“给定”键（5），此时数字表（4）显示的是给定电位值，调节恒电位给定电位的粗调键（6）和细调键（7），使数字表（4）显示的给定电位值与自腐蚀电位值相等。“通-断”开关（13）置于“通”的位置，此时辅助电极的电路接通，仪器开始实施恒电位运作，参比电位被立即恒等于给定电位。此时便可进行以自腐蚀电位为起始点的恒电位极化测量。

稳态恒电位极化测量：按下“给定”键（5），根据恒电位极化测量工作的实验规定，调节恒电位给定电位的粗调键（6）和细调键（7），使数字电位表（4）显示为规定的电位值，此时若按下“参比”键（5），数字电位表（4）显示的参比电位应与给定电位相等。在此给定的电位值下保持实验规定的极化时间后，从数字电流表（3）上读取相对应的极化电流值。或者根据实验规定，在此给定的电位值下保持极化，至数字电流表（3）显示的电流值相对稳定后读取相对应的极化电流值。接着，根据实验规定再调节粗调键（6）和细调键（7），至一个新的给定电位值（例如，每个测量点可改变20mV或50mV），在此电位值下再保持规定的极化时间后，读取相对应的极化电流值，如此台阶式步进测量可获得稳态恒电位极化曲线。

注意：关于电流量程（2）的选择，在数字电流表（3）显示不溢出的前提下，尽可能用满度显示，以提高测量精度。

动态恒电位极化测量：即动电位扫描极化测量。电流量程（2）置于2A挡，把外部电位扫描信号连接到“外接给定电位”插孔（19），作为恒电位仪的给定电位。X-Y记录仪或示波器的Y端子输入可与“外接给定电位”端并联，而X端子输入则连接到“电流输出”（17）。若电流记录需使用对数坐标，可在恒电位仪的“电流输出”端与X-Y记录仪之间串接对数转换仪（参见图10）。

恒定电位测量：按下“给定“键（5），根据恒定电位测量工作的实验规定，调节恒电位给定电位的粗调键（6）和细调键（7），使数字电位表（4）显示为规定的电位值，此时若按

图10.

动电位扫描极化测量的接线示意图下“参比”键（5），数字电位表（4）显示的参比电位应与给定电位相等。在此恒定不变的给定电位值下，在规定的各时间间隔从数字电流表（3）上读取相应的极化电流值。或者，在X-Y记录仪或长图式记录仪上记录极化电流随时间变化的I-t曲线，此时可将“电流输出”端（17）与记录仪相连。

5．

恒电流极化测量：按照第3项完成自腐蚀电位测量，此时键（5）置于“参比”，按下“恒电流”键（8），按下“电流”键（11），根据恒电流极化测量工作的实验规定，调节恒电流给定电流的粗调键（9）和细调键（10），使数字电流表（3）显示为规定的电流值，在此给定的电流值下保持实验规定的极化时间后，从数字电位表（4）上读取相对应的极化电位值。或者根据实验规定，在此给定的电流下保持极化，至数字电位表（4）显示的电位值相对稳定后读取相应的极化电位值。接着，根据实验规定再调节粗调键（9）和细调键（10），至一个新的给定电流值，在此电流值下再保持规定的极化时间后，读取相应的极化电位值。如此台阶式步进测量可获得稳态恒电流极化曲线。

恒定电流测量：按照第3项完成自腐蚀电位测量，此时键（5）置于“参比”，按下“恒电流”键（8），按下“电流”键（11），根据恒定电流测量工作的实验规定，调节恒电流给定电流的粗调键（9）和细调键（10），使数字电流表（3）显示为规定的电流值，在此恒定不变的给定电流值下，在规定的各时间间隔从数字电位表（4）上读取相对应的极化电位值。或者，在X-Y记录仪或长图式记录仪上记录极化电位随时间变化的E-t曲线，此时可从“电位输出”端（18）将电位信号与记录仪相连。

综合实验

锈蚀碳钢磷化及磷化膜性能检验试验

1.实验目的

(1)了解磷化液的优化配制、磷化机理及其防护作用。

(2)了解评定金属耐蚀性能的国家标准。

(3)掌握试样制作方法。

(4)掌握金属耐蚀性能的评定及其测试方法。

2.实验要求

（1）训练基本实验技能，提高动手能力及综合运用所学知识的能力。

（2）培养对金属材料的腐蚀进行定性、定量分析及解决实际问题的能力。

3.实验原理

以H3PO4作为磷化液的主要成分，在磷化过程中使金属表面形成磷酸盐保护膜以阻止腐蚀介质的侵入，起到转化锈层和磷化锌层的作用，同时增强漆膜附着力，延长保护周期，提高涂装质量。其主要反应过程大致分为两个阶段。

第一阶段（锌层和锈层的溶解）：

H3PO4®H++H2PO4-

Zn+2H+®Zn2++H2↑

FeO+2H+®Fe2++H2O

Fe2O3+6H+®2Fe3++3H2O

第二阶段（磷酸盐保护膜的形成）：

H2PO4-®2H++PO43-

3Zn2++2PO43-®Zn3(PO4)2↓

3Fe2++2PO43-®Fe3(PO4)2↓

Fe3++PO43-®FePO4↓

2Zn2++Fe2++2PO43-®Zn2Fe(PO4)2↓

Mn2++2PO43-®Mn3(PO4)2

当除锈磷化液中含有Mn2+和Ni2+等成核离子时：

2Mn2++Zn2++2PO43-®Mn2Zn(PO4)2↓

2Ni2++Zn2++2PO43-®Ni2Zn(PO4)2↓

其中Fe3(PO4)2和FePO4为锈层转化膜的主要成份，Zn3(PO4)2为锌层磷化膜的主要成分。Zn3(PO4)2、Fe3(PO4)2、FePO4、Zn2Fe(PO4)2、Mn2Zn(PO4)2、Ni2Zn(PO4)2等在金属表面形成一层灰色或黑色、细结晶和多孔性的磷化膜，然后涂上防腐蚀涂料。锌层磷化一般在低酸度环境下进行，而锈层溶解所需酸度较高，因此要加入促进剂来调节两者的矛盾，此外必须加入合适的添加剂（如氧化剂和螯合剂等）加速膜的沉积作用，才能形成致密