阳极极化曲线的测定与分析

阳极极化曲线的测定与分析了解自腐蚀电位、致钝电位和维钝电位、过钝 解自腐蚀电位、致钝电位和维钝电位、过钝 化电位以及致钝电流密度和维钝电流密度等概 化电位以及致钝电流密度和维钝电流密度等概 念； 念； 2. 2. 掌握恒电位法测定阳极极化曲线的原理和方 掌握恒电位法测定阳极极化曲线的原理和方 法； 法； 3. 3. 通过阳极极化曲线的测定，判定实施阳极保护 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； 的可能性，初步选取阳极保护的技术参数； 4. 4. 掌握 掌握IM6ex IM6ex电化学工作站的使用方法。电化学工作站的使用方法。将一种金属 将一种金属(电极 电极)浸在电解液中，在金属与溶液之间就会 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。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时，其电极电位会发生变化，这 当有外加电流通过此电极时，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 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 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。负方向偏移，称为阴极极化。电极电位随电流密度变化的 电极电位随电流密度变化的 关系曲线称为极化曲线 关系曲线称为极化曲线。为了判定金属在电解质溶液中采 。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 取阳极保护的可能性，选择阳极保护的33个主要技术参 个主要技术参 数数致钝电流密度 致钝电流密度、维钝电流密度 维钝电流密度和和钝化区的电位范围 钝化区的电位范围， 需要测定阳极极化曲线。需要测定阳极极化曲线。阳极极化曲线可以用 阳极极化曲线可以用恒电位法 恒电位法和和恒电流法 恒电流法测定。测定。图图11是一 是一 条较典型的阳极极化曲线。曲线 条较典型的阳极极化曲线。曲线ABCDE ABCDE是恒电位法（即维 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。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 当电位从AA逐渐正向移动到 逐渐正向移动到BB点时，电流也随之增加到 点时，电流也随之增加到BB点， 点， 当电位过 当电位过BB点以后，电流反面急剧减小，这是因为在金属 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 表面上生成了一层高电阻耐腐蚀的钝化膜，钝化开始 发生。人为控制电位的增高，电流逐渐衰减到 发生。人为控制电位的增高，电流逐渐衰减到CC。在在CC点之后，电位若继续增高，由于金属完全进入 点之后，电位若继续增高，由于金属完全进入 图1 可钝化金属的阳极极化曲线 钝态，电流维持在一个基本不变的很小的值 钝态，电流维持在一个基本不变的很小的值 维钝电流 维钝电流ii pp 。当电位增高到 。当电位增高到DD点以后，金属进入了 点以后，金属进入了 过钝化状态，电流又重新增大。从 过钝化状态，电流又重新增大。从AA点到 点到BB点的范 点的范 围叫活化区，从 围叫活化区，从BB点到 点到CC点叫活化钝化过渡区， 点叫活化钝化过渡区， 从从CC点到 点到DD点叫钝化稳定区，过 点叫钝化稳定区，过DD点以后叫过钝化 点以后叫过钝化 区。对应于 区。对应于BB点的电流密度叫致钝电流密度 点的电流密度叫致钝电流密度ii pp pp ，对 ，对 应于 应于CC点或 点或DD点的电流密度叫维钝电流密度 点的电流密度叫维钝电流密度ii pp 。若把金属作为阳极，通过致钝电流使之钝化，再 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 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。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 用恒电流法测不出上述曲线的BCDE BCDE段。在 段。在 金属受到阳极极化时，其表面发生了复杂 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 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 数，因此当电流增加到BB点时，电位即由 点时，电位即由BB 点跃增到 点跃增到EE点，金属进入了过钝化状态，反 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， 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 只有用恒电位法才能测量出完整的阳极极 化曲线。化曲线。本实验采用 本实验采用IM6ex IM6ex电化学工作站测定碳钢试 电化学工作站测定碳钢试 样在氨水的阳极极化曲线。样在氨水的阳极极化曲线。IM6ex IM6ex电化学工作站， 电化学工作站， 饱和甘汞电极，铂电极， 饱和甘汞电极，铂电极， 氨水（ 氨水（20 20）， ）， 盐桥 盐桥+鲁金毛细管， 鲁金毛细管， 试件固定夹具， 试件固定夹具， 电解池， 电解池， 金相试样磨光机，砂纸， 金相试样磨光机，砂纸， 碳钢试件（如 碳钢试件（如8 820 20）。）。11将加工到一定粗糙度的试件依次用 将加工到一定粗糙度的试件依次用400 400、600 600 及及800 800号水磨砂纸打磨，把试件安装在夹具上 号水磨砂纸打磨，把试件安装在夹具上 分别用丙酮和乙醇脱除表面的油脂，用电吹 分别用丙酮和乙醇脱除表面的油脂，用电吹 风吹干待用。风吹干待用。22按 按图图22接好测试线路，检查各接头是否正确， 接好测试线路，检查各接头是否正确， 盐桥是否导通。盐桥是否导通。33测量碳钢在氨水中的自腐蚀电位（相对于饱 测量碳钢在氨水中的自腐蚀电位（相对于饱 和甘汞电极约为 和甘汞电极约为-0.8V)0.8V)。若电位偏正，可先用 。若电位偏正，可先用 很小的阴极电流 很小的阴极电流(50A/mm2 (50A/mm2左右）活化 左右）活化11 2min 2min，再测定之。，再测定之。44采用 采用IM6ex IM6ex电化学工作站 电化学工作站进行阳极极化 进行阳极极化 曲线测定； 曲线测定； 55 数据处理，写好实验报告。数据处理，写好实验报告。IM6ex IM6ex电化学工作站的使用方法见后。电化学工作站的使用方法见后。1. 1. 附上测试曲线 附上测试曲线 22分析阳极极化曲线各线段和各拐点的意义。分析阳极极化曲线各线段和各拐点的意义。33初步确定碳钢在氨水中进行阳极保护的 初步确定碳钢在氨水中进行阳极保护的33个基 个基 本参数。本参数。44将实验结果记录在 将实验结果记录在表表11中。中。图2 实验装置示意图 辅助电极 参比电极 研究电极 接线说明：红线夹头接辅助电极 兰线夹头接参比电极 黄黑双线接研究电极 表1 实验数据记录表 mV / A I / 致钝电流 致钝电流 维钝电流 维钝电流 维钝电位范围 维钝电位范围 A I / IM6ex IM6ex电化学工作站使用方法 电化学工作站使用方法 接通电源，打开电源开关，开机进入 接通电源，打开电源开关，开机进入Thales Thales界面； 界面； 单击 单击E/I E/I图标，然后选择电极连接方式； 图标，然后选择电极连接方式； 电极开路电位测量：相对饱和甘汞电极约为 电极开路电位测量：相对饱和甘汞电极约为 0.8v 0.8v，若偏正，需先用 ，若偏正，需先用50uA/mm2(2mA 50uA/mm2(2mA左右）的 左右）的 阴极电流活化 阴极电流活化112min 2min，再测之； ，再测之； 设定参数：扫描电位范围，扫描速率，电流量程 设定参数：扫描电位范围，扫描速率，电流量程 等； 等； 单击开始即可 单击开始即可 保存数据，输出曲线图。保存数据，输出曲线图。注意事项 注意事项 1. 1. 电化学测量系统在使用过程中必须严格按照操作规 电化学测量系统在使用过程中必须严格按照操作规 程进行，电解池三支电极都必须良好接通，如果要更换或处理电 程进行，电解池三支电极都必须良好接通，如果要更换或处理电 极必须停止外加电位。极必须停止外加电位。2. 2. 采用三电极电解池，其中一支设计成鲁金毛细管，这是参比电极 采用三电极电解池，其中一支设计成鲁金毛细管，这是参比电极 的专用插口，工作电极必须尽可能靠近鲁金毛细管以减小溶液欧 的专用插口，工作电极必须尽可能靠近鲁金毛细管以减小溶液欧 姆降对测量的影响。姆降对测量的影响。3. 3. 在电化学测量中，对电极（尤其是固体电极）的要求甚严，必须 在电化学测量中，对电极（尤其是固体电极）的要求甚严，必须 按要求进行预处理，否则很难得到重现的实验结果；严重时，甚 按要求进行预处理，否则很难得到重现的实验结果；严重时，甚 至会歪曲实验结果。至会歪曲实验结果。4. 4. 在使用电化学工作站时，电流档应从高到低选择，否则实验数据 在使用电化学工作站时，电流档应从高到低选择，否则实验数据 会溢出。会溢出。思考题 思考题 1. 1. 什么叫恒电位法？什么叫恒电流法？测定可钝 什么叫恒电位法？什么叫恒电流法？测定可钝 化金属的阳极极化曲线时必须采用那种方法， 化金属的阳极极化曲线时必须采用那种方法， 为什么?为什么?2. 2. 如何判断阴极极化与阳极极化?如何判断阴极极化与阳极极化?3. 3. 测量极化曲线时，为什么要选用三电极电解 测量极化曲线时，为什么要选用三电极电解 池？能否选用二电极电解池测量极化曲线，为 池？能否选用二电极电解池测量极化曲线，为 什么?什么?4. 4.使用电化学测量系统有哪些注意事项?使用电化学测量系统有哪些注意事项？