三种溶液中铀的动电位极化与交流阻抗谱研究.pdfVIP

四川省核学会放射化学与化工2006年学术交流台 三种溶液中铀的动电位极化和交流阻抗谱研究 周萍’汪小琳王庆富扬江蒙王晓红 (中国工程物理研究院，四JfI绵阳919信箱71瓮箱，621900) 摘要采用动电位极化和交流阻抗谱(EIS)研究了铀在O．5mol L～H2s04溶液、Imol·L．1NaOH 位极化曲线出现了“伪钝化0而在NaOH溶液中则有明显的钝化现象．实验测得的电化学阻抗谱均 有明显的容抗弧特征。利用软件对电化学阻抗谱进行拟合，得到了三种溶液中铀的电化学阻抗谱等效 电路，同时对扭台等效电路提出了假设的物理模型。拟合的阻抗谱与实验测得的阻抗谱拟合得比较好， 拟合方差在104数量级。 关键词铀腐蚀动电位极化电化学阻抗谱等效电路 作为一种重要的核燃料，金属铀在原子能工业以及其它方面有着非常重要的应用。但铀是一种 化学性质极为活泼的金属，即使在大气环境中也极易发生氧化和腐蚀，严重影响其化学性质和核性 能，因此，深入研究铀的腐蚀及其机理是非常必要的。 评定金属铀耐蚀性的方法一般有重量法、测定氢气速率或消耗氧气法及电化学研究方法等…。 其中的腐蚀电化学方法因其能快速测试金属腐蚀速度并跟踪腐蚀过程等特点而受到普遍的重视嘲。 目前广泛应用电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance 性能p]，在美国，用EIS方法评价涂层性能已有ASTM标准州。而铀的交流阻抗谱研究。国内的报 道非常有限is,6]，大部分局限于灿、舢合金、Fe、不锈钢等‘7~9】。国外关于铀的EIS研究有一些报道， 包括铀的卤化物、U02薄膜和块状U02等，并且针对不同条件(浸泡时间、电位、溶液)的阻抗谱 提出了相应的等效电路‘”~1”。但是报道的部分拟台曲线与实验结果偏差较大，而且基本上没有给出 拟合误差数据。本实验首先测试了铀在酸、碱和盐溶液中的交流阻抗谱，然后测试动电位极化曲线， 通过拟和阻抗谱曲线探索铀在不同介质溶液中的电化学腐蚀行为。 1 实验 实验采用大小中14×3的铸态贫铀样品。试样经机械磨抛成镜面后用丙酮、乙醇和蒸馏水清洗 干净，安装到腐蚀电化学综合测试仪的工作电极上。 腐蚀电化学测试在PARSTAT2263DC+AC一体化电化学综合测试仪系统(美国普林斯顿公司) 采集数据。采用ZsimpWin软件拟合分析EIS数据。实验中试样为工作电极，饱和甘汞电极为参比 ‘作者简介：周萍(1982年．)女，云南人，中国工程物理研究院在读硕士研兜生，主要从事材料腐蚀与表面分析研究。 电话：0816-3625694 E-mail：pingbeijing2008@126．corgi 四川省棱学会放射化学与化工2006年学术交流会 电极，高纯石墨棒为辅助电极，并采用口R自动补偿来消除溶液电阻对直流电化学行为的影响，应用 鲁金毛细管减小工作电极和参比电极间的溶液压降。 实验在室温下进行。每个样品均在溶液中浸泡l小时使其自腐蚀电位趋于稳定后才进行测试。 电化学腐蚀介质分别为0．5tool·L-I 测试的电位极化范围很窄，对电极表面影响很小，故自腐蚀电位稳定1小时后先进行交流阻抗测试， 然后才进行动电位极化测试。交流阻抗谱的测量频率范围为105Hz-10。Hz，扰动信号为*5mV(相对 腐蚀电位)的正弦波交流信号。动电位极化的电位扫描范围为一lOOmV一+1000mV(相对自腐蚀电位)， 扫描速度为2mV／s。 2结果与分析 2．1动电位极化曲线分析 采用动电位极化技术可以研究电极在较大极化范围内的极化特性，由于电极电位的变化，电极 表面双电层特性也在不断的变化，从而直接导致电极过程动力学的变化。图l中显示出了铀分别在 H2s04和Na2SO．．溶液中的动电位极化曲线。便于分析,-IV以将曲线分为三段区域。区域①位于腐蚀电 位附近，极化电流随着极化过电位的增大而快速增加，表明电极过程受电子转移的电化学活化控制。 当极化到阳极弱极化区②后，极化电流随极化电位的升高而增大，但极化曲线的斜率越来越大，即 电极过程的阻力越来越大，出现了“伪钝化”现象。极化电位进一步升高，曲线出现转折点，腐蚀 电流迅速增加，说明出现了点蚀，