基本的电化学腐蚀测量本的电化学腐蚀测量.PDFVIP

基本的电化学腐蚀测量基本的电化学腐蚀测量 介绍 大多数金属腐蚀通过在金属与溶液界面上发生的电化学反应而产生大多数金属腐蚀通过在金属与溶液界面上发生的电化学反应而产生。对大气腐蚀而言金属表面薄的水分子对大气腐蚀而言金属表面薄的水分子 层形成了溶液。大桥中的钢筋发生腐蚀的电解液是潮湿的混凝土大桥中的钢筋发生腐蚀的电解液是潮湿的混凝土。尽管大多数腐蚀发生在水中尽管大多数腐蚀发生在水中，也有腐蚀 发生在非水系统中。 腐蚀通常以正、逆反应达到平衡时的速率发生逆反应达到平衡时的速率发生。首先是阳极反应，金属被氧化，释放离子至金属表面释放离子至金属表面。另 一个是发生阴极反应，溶液中的离子溶液中的离子 （通常是 O2 或 H+）被还原，吸收了来自金属的电子吸收了来自金属的电子。当这两个反 应达到平衡时，每个反应的电荷转移速度相等每个反应的电荷转移速度相等，没有净电流产生。正、逆反应可发生在同一金属或两种不逆反应可发生在同一金属或两种不 同金属接触。 图 1-1 是上述过程的图解。纵轴是电位纵轴是电位，横轴是电流的对数。理想的阴、阳极反应电流如图中直线所示阳极反应电流如图中直线所示。 曲线表示总电流—阴极电流和阳极电流之和阴极电流和阳极电流之和。这是在用恒电位仪进行电位扫描时测得的电流这是在用恒电位仪进行电位扫描时测得的电流。图像中的尖 点就是电流发生改变的地方，即反应从阳极反应转变成阴极反应或是阴极反应转变成阳极反应即反应从阳极反应转变成阴极反应或是阴极反应转变成阳极反应即反应从阳极反应转变成阴极反应或是阴极反应转变成阳极反应。尖点是由 于将横轴对数化造成。横轴对数化是必要的横轴对数化是必要的，因为在一个腐蚀试验中，较宽范围内的电流值需展示在图中较宽范围内的电流值需展示在图中。 由于钝化现象，电流值改变6 个数量级不常见个数量级不常见。 图 1-1 腐蚀过程中阳极和阴极电流部分腐蚀过程中阳极和阴极电流部分 金属电位 是阳极和阴极反应平衡时的电位是阳极和阴极反应平衡时的电位。参照图 1-1。注意每个半反应的电流取决于金属的电化学电势注意每个半反应的电流取决于金属的电化学电势。 假设阳极反应 生过多电子只金属表面生过多电子只金属表面。过剩电子使得金属电位向负向移动，减缓阳极反应减缓阳极反应，加快阴极反 应。这抵消了系统中的初始扰动这抵消了系统中的初始扰动。 在大多数腐蚀电化学试验中，第一步就是测量开路电位第一步就是测量开路电位。开路电位和腐蚀电位的关系通常可互换开路电位和腐蚀电位的关系通常可互换，但是更 偏向于开路电位。 腐蚀科学家在测量开路电位很重要的一点就是在进行试验前给予足够时间使得开路电位达到稳定状态腐蚀科学家在测量开路电位很重要的一点就是在进行试验前给予足够时间使得开路电位达到稳定状态腐蚀科学家在测量开路电位很重要的一点就是在进行试验前给予足够时间使得开路电位达到稳定状态。稳 定的开路电位表示所要研究的系统处于稳定状态定的开路电位表示所要研究的系统处于稳定状态，即各种腐蚀反应的速度恒定。有 些腐蚀反应在很短时间内达到稳定状态，有些需要几个小时。不管所需多少时间，电脑控制系统可以检测 开路电位使得测试在其稳定后进行。 开路电位时的阳极电流或阴极电流叫做腐蚀电流 Icorr。如果可以测得腐蚀电流值，就可用其计算出金属 的腐蚀速率。但是腐蚀电流不能直接测得。然后，它可用电化学技术得到估算结果。在任何真实体系中， Icorr 和腐蚀速率是包含多个系统变量的函数，包括金属类型，溶液组成，温度，溶液运动，金属浸入溶 液的时间，以及许多其他变量。 上述描述的腐蚀过程没有提到金属表面的状态。实际上，许多金属腐蚀后在其表面形成氧化物层。如果氧 化层可抑制腐蚀进一步发生，则称为金属的钝化。一些情况下，钝化从局部破化使得在很小地方金属发生 明显腐蚀。这种现象叫点蚀。 由于腐蚀通过电化学反应发生，电化学技术是一种理想的研究腐蚀过程的方法。在电化学研究中，用几个 平方厘米表面积的金属试样来模拟在腐蚀系统中的金属。将金属样品浸入到与真实金属腐蚀环境相似的溶 液中。附加电极也浸入溶液中，所有电极连接到恒电位仪。恒电位仪可以控制改变金属试样的电位，测得 电流。 控制电位 （恒电位）和控制电流 （恒电流）极化都很有用。当发生恒电位极化时，可测得电流，当发生恒 电流极化时，可测得电位。这部分讨论集中在控制电位模式，控制电位比控制电流更加常用。 除了开路电 位对时间，电化学噪声，电偶腐蚀和一些其他方法外，恒电位模式用于给腐蚀平衡过程施