第八章腐蚀试验方法

1、目录失重腐蚀速度失重腐蚀速度V V- - 单位：gm2 .h V V- -与与VpVp之间的换算之间的换算年腐蚀深度年腐蚀深度VpVp 单位：mm/ytswVthVpdV8.76Vp8、极化曲线的测定、极化曲线的测定极化曲线的绘制极化曲线的绘制极化曲线的形状与电极的面积有关，极化曲线的形状与电极的面积有关，面积改变，极化曲线的形状也改变。面积改变，极化曲线的形状也改变。Sa=Sc极化曲线的形状与电极面积无关，极化曲线的形状与电极面积无关，只取决于阳极反应和阴极反应的特征只取决于阳极反应和阴极反应的特征。SaSc K K 开路时，开路时，i=0, Cui=0, Cu和和ZnZn的电位分别为静止电

2、位的电位分别为静止电位E Eococ(Cu),E(Cu),Eoaoa(Zn)(Zn)r参比电极参比电极KZn Cu测测ZnZn电极电电极电位的电路没位的电路没画出来画出来V高阻电压表高阻电压表A测量电偶腐蚀电池的极化曲线的装置测量电偶腐蚀电池的极化曲线的装置CuCu电位负移，电位负移，E Ec c(Cu)-E(Cu)-Ea a(Zn)=iR,R=0,i (Zn)=iR,R=0,i 达到达到 i imaxmaxK K 闭路时，电流通，闭路时，电流通，r r 减小，减小， 电路欧姆电阻电路欧姆电阻 R R减小，电流减小，电流 i i 增大，增大，ZnZn电位正移电位正移用上图装置测量的极化曲线（用

3、上图装置测量的极化曲线（ZnZn和和CuCu面积相等）面积相等）欧姆电阻压降欧姆电阻压降iREE Eococ（cucu）E Ec c（cucu）E Ea a（ZnZn）E Eoaoa（ZnZn） iEvans极化图及其应用极化图及其应用Evans极化图极化图 EoaIcorIEEocEcorEvans(1889-1962)Evans(1889-1962) 英国科学家英国科学家Evans是是世界最著名的腐蚀专家，世界最著名的腐蚀专家，大气腐蚀理论创始人，大气腐蚀理论创始人，防腐包装技术的奠基者。防腐包装技术的奠基者。从事金属保护及金属电从事金属保护及金属电化学研究工作。化学研究工作。 19231

4、923年年Evans首先提出金属的大首先提出金属的大气腐蚀理论，并阐述了气腐蚀理论，并阐述了金属腐蚀的电化学特征，金属腐蚀的电化学特征，特别强调了水蒸气的影特别强调了水蒸气的影响。响。EvansEvans极化图的数学表达式极化图的数学表达式IcorIcorEoaEaIcorEaEcIcorEcEocEoaEoc)(IcorEcEocIcorEoaEa 是阳极极化曲线的斜率，叫阳极极化率，是阳极极化曲线的斜率，叫阳极极化率，记为记为Pa，表示阳极反应的阻力。，表示阳极反应的阻力。 是阴极极化曲线的斜率的绝对值，叫阴极是阴极极化曲线的斜率的绝对值，叫阴极极化率，记为极化率，记为Pc，表示阴极反应的

5、阻力。，表示阴极反应的阻力。 RPcPaEoaEocIcorEvansEvans极化图的本质特征：极化图的本质特征： 用极化曲线的斜率来表示腐蚀电池工作的阻力，用极化曲线的斜率来表示腐蚀电池工作的阻力，电极反应的阻力越大，极化曲线的斜率就越大。电极反应的阻力越大，极化曲线的斜率就越大。IcorEaEc 是电路的欧姆电阻是电路的欧姆电阻R，在腐蚀电池中，在腐蚀电池中，主要是溶液电阻主要是溶液电阻Rs。（a）阳极初始电位负移）阳极初始电位负移 (b)阴极初始电位正移阴极初始电位正移 (b)阴极极化率大阴极极化率大（d）阳极极化率增大）阳极极化率增大 （e）初始电位差和阴）初始电位差和阴阳极阳极 （

6、f）溶液欧姆电阻大）溶液欧姆电阻大 极化率共同影响极化率共同影响EEoaIcorIcorEEocIEIcorIPaIcorIIICorEEEReIcorIcorI用用Evans极化图表示各种因素对腐蚀电流的影响极化图表示各种因素对腐蚀电流的影响Pc用用EvansEvans极化图表示腐蚀电池的控制类型极化图表示腐蚀电池的控制类型RPaPcRCrRPaPcPaCaRPaPcPcCc,(3)欧姆电阻控制：R Pa , Pc(2)阳极极化控制：Pa Pc , R可以忽略可以忽略(1)阴极极化控制：Pc Pa , R可以忽略可以忽略：( )( )( )GGjG电化学阻抗谱的特点1.一种以小振幅的正弦波电

7、位(或电流)为扰动信号的电化学测量方法:(1)避免对体系产生大的影响(2)使扰动与体系的响应之间近似呈线性关系2.一种频率域的测量方法: 以测量得到的频率范围很宽的阻抗谱来研究电极系统，速度快的子过程出现在高频区,速度慢的子过程出现在低频区,可判断出含几个子过程，讨论动力学特征。因果性条件:测定的响应信号是由输入的扰动信号引起的；线性条件:对体系的扰动与体系的响应成线性关系；稳定性条件:电极体系在测量过程中是稳定的,当扰动停止后，体系将回复到原先的状态；有限性条件：在整个频率范围内所测定的阻抗或导纳值是有限的.EISEIS测量的前提条件测量的前提条件阻纳的复平面阻纳的复平面(Nyquist)(

8、Nyquist)图图 复合元件(RC)的阻抗复平面图 (RC)的导纳复平面图CjRY1222)2( )2(RZRZ阻抗波特阻抗波特(Bode)(Bode)图图复合元件(RC)阻抗波特图数据处理的目的：1.根据测量得到的EIS谱图, 确定EIS的等效电路或数学模型;2.根据已建立的合理的数学模型或等效电路，确定数学模型中有关参数或等效电路中有关元件的参数值.数据处理的途径：1.依据已知等效电路模型或数学模型的数据处理途径 2.从阻纳数据求等效电路的数据处理途径数据处理的目的与途径数据处理的目的与途径 电路描述码电路描述码(CDC)(CDC)电路描述码 (Circuit Description C

9、ode, 简写为CDC)。规则如下5条： (1)RLC或CLR (2) (2)（RLCRLC） (3)奇数级括号表示并联组成的复合元件，偶数级括号表示串联组成的复合元件。 电路描述码电路描述码CDCCDC(4)对于复杂的电路，分解成2个或2个以上互相串联或并联的“盒”.(5)若在右括号后紧接着有一个左括号与之相邻，则前后两括号中的复合元件级别相同。这两个括号中的复合元件是并联还是串联，决定于二者是放在奇数级还是偶数级的括号中。 例如：R(QR(RL)(RL)复合元件的复合元件的CDC示例示例按规则(1)将这一等效电路表示为:R1CE-1按规则(),CE-1可以表示为(Q2CE-2).因此整个电

10、路可进一步表示为：R1(Q2CE-2)将复合元件CE-2表示成: W3CE-3整个等效电路就表示成： R1(Q2(W3CE-3)将简单的复合元件CE-3表示出来。应表示为(R4C5),于是电路可以用如下的CDC表示：R R1 1(Q(Q2 2(W(W3 3(R(R4 4C C5 5)计算等效电路阻纳计算等效电路阻纳出发点是下面三条：(1)串联元件,计算阻抗，各元件阻抗相加； 并联元件,计算导纳，各元件导纳相加。(2)阻抗和导纳之间互相变换的公式: Gi-1 = Gi/(Gi2 + Gi”2 ) - j Gi”/(Gi2 + Gi”2 ) (3)逐级阻纳的计算公式是: Gi-1 = G*i-1

11、+ G-1i1.计算从最高级开始。最高级为级，是奇数，应计算其导纳： G3 = 1 /R4 +jC5 2.计算第级复合元件的阻抗 G2 = Zw3 + G3-13.计算第级复合元件的导纳 G1 = YQ2 + G2-14.计算第级即整个电路的阻抗 G0 = R1 + G1-1等效电路阻纳计算示例等效电路阻纳计算示例R(Q1R1)(Q2R2)R(Q1(R1(Q2R2)ZRs1Q11R11Q21R2Z Rs1Q11R11Q21R2两个容抗弧的阻抗谱的两种等效电路模型两个容抗弧的阻抗谱的两种等效电路模型R(Q1R1)(Q2R2)R(Q1(R1(Q2R2)近似简化处理近似简化处理Z Rs1Q11R1Z

12、 1Q21R2高频端的近似高频端的近似: :低频端的近似低频端的近似: :含锌含锌Ni(OH)Ni(OH)2 2碱性电池的碱性电池的EISEIS谱图谱图H.Chen,JQ Zhang, J Solid State Electrochem,2005 9:421-4280%的的DOD(放电深度放电深度)时不同时不同Zn含量的含量的Zn-Ni(OH)2碱性充电电池的碱性充电电池的EIS谱图谱图H.Chen,JQ Zhang, J Solid State Electrochem,2005 9:421-428等效电路图等效电路图物理意义：物理意义：Rs:Rs:从参比电极到工作电极的溶液电阻从参比电极到工

13、作电极的溶液电阻CPE:CPE:与双电层电容关联的常相位角元件与双电层电容关联的常相位角元件Rt:Rt:电极的电荷转移电阻电极的电荷转移电阻Wo:Wo:固相扩散的沃伯格阻抗固相扩散的沃伯格阻抗NiNi电极的等效电路图电极的等效电路图拟合结果拟合结果Rt(Rt(电荷转移电阻电荷转移电阻) )拟合结果拟合结果H.Chen,JQ Zhang, J Solid State Electrochem,2005 9:421-428结论：1.同一放电深度，电荷转移电阻Rt值随着Zn含量的增加，先减小后增大,(0%DOD除外)；2.同一Zn含量的样品，Rt值随着DOD的增大而增大，归因于NiOOH的还原和镍电极

14、的电化学极化。电化学扫描显微技术：丝束电极技术：扫描开尔文探针：扫描振动电极 (1)显微镜观察显微镜观察 用光学显微镜或电子显微镜观察。透射电镜用光学显微镜或电子显微镜观察。透射电镜(TEM) 、扫描电镜、扫描电镜(SEM)、原子力电子显微镜、原子力电子显微镜(AFM)等。等。 (2)XRD、XPS等晶型、成分分析等晶型、成分分析 XRDX衍射及晶型分析衍射及晶型分析XPS 电子能谱仪电子能谱仪成分分析成分分析 (3)盐水滴试验盐水滴试验实验现象实验现象阳极、阴极的部位？阳极、阴极的部位？阳极反应、阴极反应是什么阳极反应、阴极反应是什么？用腐蚀电池的理论解释实验现象？用腐蚀电池的理论解释实验现

15、象？蓝色：蓝色： 显示显示 Fe2+(阳极区阳极区)红色：红色： 显示显示OH-（阴极区）（阴极区）棕色：棕色： 铁锈铁锈初始外观初始外观3%NaCl+铁氰化钾+酚酞Fe盐水滴实验盐水滴实验 其后外观其后外观 。 试样放置：使试验顶部到手持喷头喷试样放置：使试验顶部到手持喷头喷水口的平行距离在水口的平行距离在300 mm300 mm500mm500mm之间。之间。 试验条件：试验时应安装带平衡重物试验条件：试验时应安装带平衡重物的挡板，水流量为的挡板，水流量为10L/min10L/min。 试验时间：按被检样品外壳表面积计试验时间：按被检样品外壳表面积计算，每平方米为算，每平方米为1min1m

16、in（不包括安装面积）（不包括安装面积），最少，最少5 min5 min。 人造海水盐雾试验方法中性盐雾试验方法纯氯化钠盐雾试验方法醋酸盐雾试验方法盐雾试验方法 酸性盐雾试验方法铜加速醋酸盐雾试验方法交变盐雾试验方法 。 （2）有机高分子材料覆盖层的监理检测要点）有机高分子材料覆盖层的监理检测要点涂料涂料涂装前：金属表面处理检测（除锈、增大表面粗糙度）、涂涂装前：金属表面处理检测（除锈、增大表面粗糙度）、涂料质量控制（颜色、透明度、黏度、固体份含量、挥发物含料质量控制（颜色、透明度、黏度、固体份含量、挥发物含量、细度、密度、耐化学品性能、流平性、喷涂性、表面张量、细度、密度、耐化学品性能、流平

17、性、喷涂性、表面张力等）力等）涂装过程质量控制：工序间检测、预处理质量、涂料用量、涂装过程质量控制：工序间检测、预处理质量、涂料用量、喷涂涂刷质量、涂装的环境条件、涂装间隔时间、干燥喷涂涂刷质量、涂装的环境条件、涂装间隔时间、干燥固化时间和每层之间打磨粗糙度等固化时间和每层之间打磨粗糙度等涂层质量控制：物理性能和化学性能（外观完整性、孔隙率、涂层质量控制：物理性能和化学性能（外观完整性、孔隙率、颜色、粗糙度、硬度、弹性、冲击强度、附着力等）、应用颜色、粗糙度、硬度、弹性、冲击强度、附着力等）、应用性能（耐候性、耐热性、绝缘性、耐水性、防湿热、防盐雾、性能（耐候性、耐热性、绝缘性、耐水性、防湿热、防盐雾、防霉菌、防污性、防锈性、耐化学腐蚀性等）防霉菌、防污性、防锈性、耐化学腐蚀性等）（1）通则）通则致