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用Tafel曲线外推法测定金属材料的腐蚀速度(总3页)
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用Tafel曲线外推法测定金属材料的腐蚀速度
一、实验目的
1.了解测定金属材料腐蚀速度的电化学方法。
2.掌握Tafel曲线外推法的原理与方法。
3.熟悉LK98BⅡ型微机电化学分析系统(天津市兰力科化学电子高技术有限公司制造)。
二、实验原理
在使用金属的过程中,人们不仅关心它是否会发生腐蚀(热力学可能性),更关心其腐蚀速度的大小(动力学问题)。腐蚀速度表示单位时间内金属腐蚀的程度。迄今为止,普遍应用的测定腐蚀速度方法仍然是经典的失重法。失重法的优点是准确可靠,但由于实验周期长,需要做多组平行实验并且操作麻烦,所以满足不了快速的要求。电化学方法的优点是快速简便并有可能用于现场监控,因而得到了人们的重视。
测定金属材料腐蚀速度的电化学方法有塔菲尔曲线外推法、线性极化法、三点法、恒电流暂态法、交流阻抗法等。本实验采用塔菲尔(Tafel)曲线外推法测定其腐蚀速度。
1905年,塔菲尔(Tafel)提出了塔菲尔关系式,也即:在过电位足够大(50mv)时,过电位与电流密度有如下的定量关系,称为塔菲尔公式:
式中是电流密度;是常数。常数是电流密度等于1A·cm-2时的超电势值,它与电极材料、电极表面状态、溶液组成以及实验温度等密切相关。的数值对于大多数的金属来说相差不多,在常温下接近于0.050V。如用以10为低的对数,约为0.116V。这意味着,电流密度增加10倍,则过电位约增加0.116V。
Tafel曲线外推法求
如用为纵坐标,为横坐标作图,塔菲尔关系是一条直线(如上图所示)。这个关系在电流密度很小时不能与事实相符合。因为按照该公式,当0时,应趋向-,这当然是不对的。当0时,电极上的情况接近于可逆电极,应该是零而不应该是-。实际上,在低电流密度时,过电位不遵守塔菲尔公式而出现了另外一种性质的关系,即过电位与通过电极的电流密度成正比,可表示为。
如上图所示,在强极化区,即过电位足够大(50mv)时,过电位与电流密度成一直线。阳极极化曲线与阴极极化曲线直线区(符合塔菲尔关系)的延长线交于一点,该点对应的电流即为金属腐蚀达到稳定状态的电流,即是该金属的腐蚀电流。
塔菲尔曲线外推法的主要缺点:首先,对腐蚀体系极化较强、电极电位偏离自腐蚀电位较远,对腐蚀体系的干扰太大。其次,由于极化到塔菲尔直线段所需电流较大,易引起电极表面的状态、真实表面积和周围介质的显著变化;而且大电流作用下溶液欧姆电势降对电势测量和控制的影响较大,可能使塔菲尔直线变短,也可能使本来弯曲的极化曲线部分变直,从而对测得的带来误差。第三,由于有些腐蚀体系的塔菲尔直线段不甚明显,在用外推法作图时容易引起一定的人为误差。要得到满意的结果,塔菲尔区至少要有一个数量级以上的电流范围。但在许多体系中,由于浓差极化或阳极钝化等因素的干扰,往往得不到这种结果。
三、仪器与试剂
1.LK98BⅡ型微机电化学分析系统(天津市兰力科化学电子高技术有限公司制造)。
2.三电极系统:铂电极作辅助电极,饱和甘汞电极作参比电极,待测金属电极作工作电极。
3.磁力搅拌器一个(天津市兰力科化学电子高技术有限公司制造)。
4.200ml玻璃烧杯一个。
5.腐蚀溶液(根据所测金属材料材质选定)。
四、实验步骤
1.打开LK98BⅡ型微机电化学分析系统,选择“线性扫描技术”中的“塔菲尔曲线”。
2.实验参数设置范围:
初始电位(V):-10.0~+10.0
终止电位(V):-10.0~+10.0
扫描速度(V/S):0.0001~5000
等待时间(S):0~60000
注意初始电位与终止电位至少应该相差0.01V。
3.将三电极系统插入配制好的腐蚀溶液中,连接到LK98BⅡ型微机电化学分析系统(铂电极与红线连接,饱和甘汞电极与黄线连接,待测金属电极与绿线连接),并确定电化学主机与微机系统连接正常。
4.一切准备就绪后,选择“开始实验”进行塔菲尔曲线绘制。
5.由塔菲尔曲线外推法求出其腐蚀电流。
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