试验一电偶腐蚀

1、实验一、电偶腐蚀试验目的： 通过失重法和电位、电流测量实验，了解电偶的形成与单一金属腐蚀速率、耦合电位等参数的相互关 系，同时通过实验数据了解电偶腐蚀的特点、腐蚀介质、电位差、面积比等因素对电偶腐蚀的影响规律， 并总结出相对应的预防措施。穿插进行伊文斯盐水滴试验，观察氧浓差腐蚀原电池的阴、阳极反应以及阴、阳极区的划分。试验原理：电偶腐蚀： 当一种不太活泼的金属 （阴极 ）和一种比较活泼的金属 （阳极 ）在电解质溶液中接触时， 因构成 腐蚀原电池而引发电流，从而造成（主要是阳极金属）电偶腐蚀。电偶腐蚀也称双金属腐蚀或金属接触腐 蚀。电偶腐蚀首先取决于异种金属之间的电极电位差。 这一电位指的是两种

2、金属分别在电解质溶液（ 腐蚀介质 ）中的实际电位。 通常在手册、 资料中能找到的是各种金属、 合金在特定的介质中按腐蚀电位高低排列的 电位顺序表，称作电偶序。在其它条件不变的情况下，它们之间的电位差愈大，腐蚀初始驱动力愈大。影响电偶腐蚀的因素还有介质导电性、极化性及面积比。面积比是指阴、阳极面积比，比值愈大，即 大阴极小阳极组成的电偶，其阳极腐蚀电流密度愈大，腐蚀愈严重。在腐蚀电偶的阳极区有涂层时也会出 现大阴极小阳极的情况，结果造成极严重的局部腐蚀而迅速穿孔。对于耦合电流的测定，可以采用零欧姆计直接测定耦合电流，主要就是在测定耦合电流时，不引入耦 合电阻，使得测定结果具有较高的准确度。在实验

3、室测定时如果没有零欧姆计，可以采用万用表或者直流 电流表直接测定，也可以采用外加标准电阻测定电位差的方式进行评价，需要注意的是外加标准电阻越小 测定准确度就越高，一般采用 0.05 欧姆或者更小的外加电阻，最后换算成耦合电流即可。 常用的腐蚀评定方法 ：1. 失重法 由于腐蚀作用，材料的重量会发生系统变化，此即重量法测定材料抗蚀能力的理论基础。虽然近年来 发展了许多新的腐蚀研究方法，但重量法仍然是最基本的定量评定腐蚀的方法，并已被广泛应用。重量法 简单而直观，适用于实验室和现场试验。失重法是一种筒单而直接的方法；它不要求腐蚀产物牢固附着在材料表面，也不考虑腐蚀产物的可溶 牲，因为试验结束后必须

4、从试样上请除全部腐蚀产物。失重法直接表示由于腐蚀而损失的材料重量，不经 过腐蚀产物的化学组成分析和换算。这些优点使失重法得到广泛的应用。失重法试验过程为：对预先制备的试样测量尺寸、经准确称重后置于腐蚀介质中，试验金属结束后取 出，清除全部腐蚀产物后清洗、干燥、再称重。试样的失重直接表征材料的腐蚀程度。在暴露试验前后与试验过程中，以及在清除腐蚀产物前后，必须仔细观察并记录材料表面和介质中的各种变化。1.1 重量法测定腐蚀速率结果评定gm-2h-1)。从腐蚀试验重量法是根据试样在腐蚀前后的重量变化来测定腐蚀速度的。为方便各次不同试验及不同试样的数据 能够互相比较，通常采用单位时间内单位面积上的重量

5、变化表征平均腐蚀速度(前后的试样重量差计算腐蚀速度 v(g m-2h-1)。公式如下：失重速度W0 W2 W3 vwAt式中： A 试样面积， m2；t 试验周期， h；W0 试样原始重量， g；W2试验后含与不含腐蚀产物的试样重量，g；W3 清除腐蚀产物时同样尺寸同种材料空白试样的校正失重，g；1.2 重量法测定腐蚀速率时腐蚀产物清除方法 为了取得准确得失重法实验结果，必须清除试样表面的腐蚀产物，但又不损伤金属基材本身。实际上 完全不损伤基材是不可能的，只要求损伤对腐蚀结果无明显影响即可。对于不同金属材料和不同腐蚀产物 应采用不同的清除腐蚀产物的方法。一般有机械法、化学法和电解法三种。1)

6、. 机械法 一般先用自来水冲洗，并用橡皮或硬毛刷擦洗，或用木制刮刀、塑料刮刀刮擦。对绝大 部分疏松腐蚀产物用此法已可清除干净。但要完全清除掉腐蚀产物以精确测试或检查局部腐蚀状况时，尚 需进一步采用化学法或电化学法。2) . 化学法 选择适宜的化学溶液及操作条件通过溶解除去试样表面的腐蚀产物的方法。为了保护金 属基体，在化学清除的溶液中往往需要加入缓蚀剂。表 10-11 列出一些常用的清除腐蚀产物的化学方法。 这些方法并不复杂，但在使用时有可能损伤基材，造成试验误差。为此，应在清除工作的同时，将未经腐 蚀的相同尺寸的同种材料作空白试样在相同条件下清洗处理，求其失量，然后在实际试样的失重中减去此

7、数，以取得比较真实的试样失重量。表 1-1 针对不同材质清除腐蚀产物的化学方法材料溶液时间， min温度备注铝合金70%HNO 323室温随后轻轻擦洗20%CrO 3，5%H3PO4107985 oC用于氧化膜不溶解于硝酸的情况铜及其合金1520%HCl23室温随后轻轻擦洗510%H 2SO423室温随后轻轻擦洗铝及其合金10%醋酸10沸腾随后轻轻擦洗，除 PbO5%醋酸铵热随后轻轻擦洗，除 PbO80g/LNaOH ，50g/L 甘露30 或至清除沸腾随后轻轻擦洗糖醇， 0.62g/L 硫酸肼为止20% NaOH ，20g/L 锌粉5沸腾浓 盐 酸 ， 50g/LSnCl 2+25 或至清除

8、冷搅拌溶液铁和钢20g/LSbCl 3为止10% 或 20%HNO 32060oC用于不锈钢，需避免氯化物的污染含有 0.15% 有机缓蚀剂清除为止室温可去除氧化条件下钢表的 15% 的浓 H3PO4面上形成的氧化皮镁及其合金15%CrO 3， 1%AgCrO 415沸腾镍及其合金1520%HCl清除为止室温10%H2SO4清除为止室温锡及其合金15% 的 Na3PO410沸腾随后轻轻擦洗先用 10%NH 4Cl，然后用5室温随后轻轻擦洗15%CrO 3， 1%AgCrO 420s沸腾锌饱和醋酸铵清除为止室温随后轻轻擦洗100g/L NaCN15室温3）. 电化学法 选择适当的阳极和电解质，以

9、试样为阴极，外加直流电的电解方法。电解时阴极产生 氢气，在氢气泡的机械作用下，使腐蚀产物剥离，残留的疏松物质可用机械法冲刷除净。此法效果较好， 空白试样失重小。 适用于碳钢和许多金属材料的两种电解操作条件示例如下：电解液为5%H 2SO4，阳极为碳棒，阴极为试样，阴极电流密度为20A/dm 2，加入有机缓蚀剂 （如若丁 ），2ml/L ，温度 75oC，暴露时间为3min。实验用品：导线，开关， 0.05 欧姆标准电阻，烧杯，万用表， 232 型饱和甘汞参比电极，盐桥，自制参比电极。 锌-碳钢（面积比 1：1），锌 -碳钢（面积比 1：5）；铜-锌，以及游标卡尺。KQ-100 型超声波清洗器（

10、昆山市超声仪器有限公司）HWL-1 型恒电位 /恒电流仪（山东电讯七厂有限责任公司）自制实验用反应容器 实验用腐蚀介质：普通海水、酸化海水 pH=34实验方法：1 失重法不同面积比耦合以及单独存在条件下的腐蚀失重2 电位、电流测定耦合电位和耦合电流，开路电位 实验步骤：1 根据实验要求的表面积，以纯锌片为基准面积将纯锌、普通碳钢试片按照1：5（1 片）和 1：1（各 2片）的面积比切割，并除去表面的油污和锈迹；2 以纯锌片为基准面积将纯锌、铜试片按照1：1 的面积比切割各自 2片，3 选取面积比为 1：1：1的锌、碳钢、铜各 1 片将表面氧化物用砂纸分别打磨除锈、碱液除油、自来水 清洗、乙醇清

11、洗晾干，干燥称重后，分别安置在装有天然海水容器中；以自制 Ag/AgX 电极为参比电 极，开始间隔 3 分钟测定并记录一次各自的开路电位；测定4 次后，间隔 10 分钟测定一次开路电位，实验一小时，将试片取出用自来水冲洗干净，滤纸擦干、吹风机风干后分别称重。记录表格见表 1-3 4 将洁净并预先分别称重的面积比为 1：1和 1：5的纯锌和普通 碳钢试片以及面积比为 1： 1 的铜 -锌试片，按照图 1-1 所示方 法连接好，电阻阻值选取 0.05 欧姆，间隔 10 分钟测定一次各 自试片附近的电位，以及电阻两端的电位差（注意，电位测定 表头的量程以及参比电极的测定位置选取） ，测定天然海水中的

12、 变化，测定 1 小时。5 一小时后拆开连接并将试片用自来水冲洗干净，滤纸擦干、吹 风机风干后分别称量重量。6 将使用过的试片、 仪表、 测试表头等按照要求放置在固定位置。数据记录与结果处理分别记录上述各实验现象，并根据实验原理分析产生现象的原因。表 1-2 面积比为 1:1:1 的纯锌、碳钢、铜分别放置于海水中 1 个小时前后的重量W0W1纯锌碳钢铜表 1-3 面积比为 1:1:1 的纯锌、碳钢、铜分别放置于海水中 1 个小时开路电位变化1 min4 min7 min10min20min30min40min50min60min锌碳钢铜表 1-4 不同面积比电偶形成在海水中浸泡1 小时质量和电

13、阻两端的电位变化电位试样10min20min30min40min50min60min实验前质量实验结束后质量锌 1: 碳钢 5锌 1: 碳钢 1锌 1: 铜 1表 1-3 不同面积比纯锌、碳钢、铜分别放置于海水中1 个小时耦合电位变化电位试样时间样品1 min4 min7min10min20min30min40min50min60min锌 1:Zn碳钢 5Fe锌 1:Zn碳钢 1Fe锌 1:Zn铜1Cu分析与讨论 1、重量法的优点、缺点和适用范围。2、电偶腐蚀有什么特点？电位差、面积比等因素对电偶腐蚀的影响规律？3、怎样预防电偶腐蚀？4、为什么选用测定电流的标准电阻需要小于50m?这个电阻的大

14、小对最终测定的电流效率有何影响？附录：伊文思盐水滴试验伊文斯盐水滴试验可以用来区分钢铁表面腐蚀的阴、阳极区。将一滴加有酚酞和铁氰化钾( K 3Fe(CN) 6 )指示剂的食盐水 3.5 wt% 滴在干净的铁表面，从其颜色的 变化可以观察到腐蚀的进行及阴、阳极区。在缺氧的中心区，发生如下阳极反应：2+2Fe - 4e Fe在盐水滴外缘，由于氧的浓度较大，发生如下阴极过程：O2 + H2O + 4e 4OH这个试验一方面说明了阴阳极反应的相对部位， 另一方面指出， 由于氧浓差所引起的电化学不均匀性， 导致了铁的局部腐蚀。可以根据实验进行的时间间隔穿插进行伊文思盐水滴试验将一滴加有酚酞和铁氰化钾(

15、K 3Fe(CN) 6)指示剂的 3.5%食盐水，滴在干净的铁试片表面，观察腐蚀的进行及阴、阳极区各自的现象并给予合理的解释。实验一 电偶腐蚀实验的时间分配及其实验结果与讨论表 2-1 实验时间分配阶段时间段 min累计 min备注集体讲解2525试样剪切预处理4065第一阶段实验60125拆装及后处理15140第二阶段试验60200拆装及其后处理15215实验结束善后20235实验结果及讨论电阻阻值校正结果为： 51.3m表 2-2 实验前后质量变化质量/mg碳钢锌腐蚀前10.76930.7174腐蚀后10.76890.7169失重0.00040.0005失重速率 /g/m2h0.29410

16、.3676表 2-3 碳钢 -锌面积比为 1：1 时分别放在海水中的开路电位时间电位（ v ）碳钢锌0min-0.5426-1.065910min-0.5982-1.089120min-0.6162-1.091130min-0.6263-1.094640min-0.6349-1.095650min-0.6259-1.094560min-0.6338-1.0888表 2-4 实验前后质量变化质量/g碳钢锌腐蚀前10.16370.5295腐蚀后10.16370.5283失重00.0012失重速率 /g/m2h00.8824表 2-5 碳钢 -锌面积比为 1： 1 时电偶腐蚀的电位电位（ v）时间碳

17、钢锌电阻两端电位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-1.0621-1.06010.07mv60min-1.0478-1.05210.06mv电流效率 =m/m0100%=50.76%表 2-6 实验前后质量变化质量/mg铜锌腐蚀前2.09160.3151腐蚀后2.09150.3149失重0.00010.0002失重速率 /g/m2h0.20830.4167表 2-7 铜 -

18、锌面积比为 1：1 时分别放在海水中的开路电位时间电位（v） 电位（v）铜锌0min-0.2108-1.043110min-0.2327-1.092520min-0.2229-1.091930min-0.2189-1.094340min-0.2223-1.086050min-0.2863-1.086860min-0.2470-1.0871表 2-8 实验前后质量变化质量/g铜锌腐蚀前2.25380.2691腐蚀后2.25380.2684失重00.0007失重速率 /g/m2h01.4583表 2-9 铜-锌面积比为 1： 1 时电偶腐蚀的电位电位（v）时间铜锌电阻两端电位0min-1.0549

19、-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-0.7367-0.76760.04mv电流效率 =m/m0100%=59.22%表 2-10 实验前后质量变化质量/g碳钢锌腐蚀前10.97600.1741腐蚀后10.97560.1739失重0.00040.0002失重速率 /g/m2h0.29410.7353表 2-11 碳钢 -锌面积比为 5： 1 时分别

20、放在海水中的开路电位时间电位（ v）碳钢锌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 实验前后质量变化质量/g碳钢锌腐蚀前10.12620.1529腐蚀后10.12620.1510失重00.0019失重速率 /g/m2h06.9853表 2-13 碳钢 -锌面积比为 5： 1 时电偶腐蚀的电位电位（v）时间碳钢锌电阻两端电位0min-1.0184-1.01960.18mv10min-1.0450-1.04070.16mv20min-1.0463-1.04