腐蚀与防护试题
1、Fe—H2O的E—pH图说明该钢铁的防腐应用。 金属的E—pH图的应用
预计一定条件下的金属腐蚀行为；反应金属自发腐蚀热力学倾向；指明金属实施保护的可能性与方向。总结E—pH图的规律：上腐蚀、下稳定、两边（左右）腐蚀、中间钝化。常见金属在中性介质中都比较稳定。
应用举例：当一定环境条件时，通过调整酸度可使其进入钝化区；实行阴极保护可使其进入保护区。 2、
3、大阴极小阳极会加速腐蚀速率
如钢管的氧化膜是金属热轧后与空气反应生成蓝黑色氧化铁层。该氧化层不仅比金属目材还硬，而且相对于目材金属他是阴极，而目材纯金属相对是阳极。腐蚀纯金属阳极来保护相对是阴极氧化皮地坪漆。如果大面积氧化皮之中有破损，破损部位是阳极，周围的氧化皮就是阴极，这就形成了大阴极小阳极。大阴极小阳极会加速腐蚀速率。
如果储罐的底部有泥沙沉积，泥沙和钢接触的部位氧气含量就很低，而泥沙周围的钢的表面氧气含量就相对很高。氧气含量高的区域相对其他氧气含量低位置是阴极，氧气含量低的位置就相对是阳极，从而形成氧气浓度电池，促进氧气含量低的位置的腐蚀。 相互搭接的表面，开裂涂层的下面阴极保护，空洞位置等都会形成氧气浓度腐蚀电池，腐蚀也都很快，因为在他们四周氧气含量相对都很高。
4、腐蚀极化图说明其应用。
腐蚀极化图是一种电位—电流图，它是把表征腐蚀电池特征的阴、阳极极化曲线画在同一张图上构成的。 腐蚀极化图的应用
（1）极化图用于分析腐蚀速度的影响因素
(a)腐蚀速度与腐蚀电池初始电位差的关系：腐蚀电池的初始电位差（EO,C- EO,A )，是腐蚀的原动力；（例氧化性酸对铁的腐蚀；不同金属平衡电位对腐蚀电流的影响）
(b)极化性能对腐蚀速度的影响：若腐蚀电池的欧姆电阻很小，则极化性能对腐蚀电流有很大的影响；（例钢在非氧化酸中的腐蚀极化图）
(c)溶液中含氧且及络合剂对腐蚀速度的影响；（例铜在含氧酸及氰化物中腐蚀极化图） (d)其他影响腐蚀速度的因素，如阴、阳极面积比和溶液电阻等。 （2）腐蚀速度控制因素：阳极控制、阴极控制、混合控制和欧姆控制。 5、阳极型缓蚀剂
阳极型缓蚀剂多为无机强氧化剂，如铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐等。它们的作用是在金属表面阳极区与金属离子作用，生成氧化物或氢氧化物氧化膜覆盖在阳极上形成保护膜。这样就抑制了金属向水中溶解。阳极反应被控制，阳极被钝化。硅酸盐也可归到此类，它也是通过抑制腐蚀反应的阳极过程来达到缓蚀目的的。因此有时又被称作阳极型缓蚀剂或危险型缓蚀剂， 阳极型缓蚀剂要求有较高的浓度，以使全部阳极都被钝化，一旦剂量不足，将在未被钝化的部位造成点蚀。
1化学腐蚀的概念、及特点
答案：化学腐蚀：介质与金属直接发生化学反应而引起的变质或损坏现象称为金属的化学腐蚀。
是一种纯氧化-还原反应过程，即腐蚀介质中的氧化剂直接与金属表面上的原子相互作用而形成腐蚀产物。在腐蚀过程中，电子的传递是在介质与金属之间直接进行的，没有腐蚀电流产生，反应速度受多项化学反应动力学控制。 归纳化学腐蚀的特点
在不电离、不导电的介质环境下
反应中没有电流产生，直接完成氧化还原反应 腐蚀速度与程度与外界电位变化无关
2、金属氧化膜具有保护作用条件，举例说明哪些金属氧化膜有保护作用，那些没有保护作用，为什么？
答案：氧化膜保护作用条件：
①氧化膜致密完整程度；②氧化膜本身化学与物理稳定性质；③氧化膜与基体结合能力；④氧化膜有足够的强度
氧化膜完整性的必要条件：PB原理：生成的氧化物的体积大于消耗掉的金属的体积，是形成致密氧化膜的前提。 PB原理的数学表示：
反应的金属体积：VM = m/? m-摩尔质量 氧化物的体积： VMO = m'/ ? '
用? = VMO/ VM = m' ? /（ m ? ' ）
当 ? > 1 金属氧化膜具备完整性条件 部分金属的?值
氧化物 ? 氧化物 ? 氧化物 ? MoO3 3.4 WO3 3.4 V2O5 3.2 Nb2O5 2.7 Sb2O5 2.4 Bi2O5 2.3 Cr2O3 2.0 TiO2 1.9 MnO 1.8 FeO 1.8 Cu2O 1.7 ZnO 1.6 Ag2O 1.6 NiO 1.5 PbO2 1.4 SnO2 1.3 Al2O3 1.3 CdO 1.2 MgO 1.0 CaO 0.7
MoO3 WO3 V2O5 这三种氧化物在高温下易挥发，在常温下由于?值太大会使体积膨胀，当超过金属膜的本身强度、塑性时，会发生氧化膜鼓泡、破裂、剥离、脱落。 Cr2O3 TiO2 MnO FeO Cu2O ZnO Ag2O NiO PbO2 SnO2 Al2O3 这些氧化物在一定温度范围内稳定存在， ?值适中。这些金属的氧化膜致密、稳定，有较好的保护作用。
MgO CaO ?值较小，氧化膜不致密，不起保护作用。 3、电化学腐蚀的概念，与化学腐蚀的区别
答案：电化学腐蚀：金属与介质发生电化学反应而引起的变质与损坏。 与化学腐蚀比较： ①是“湿”腐蚀
②氧化还原发生在不同部位 ③有电流产生
④与环境电位密切相关 ⑤有次生产物
4、解释现象：试验1：铜块与锌块相互接触，放入稀盐酸介质中，在铜块一侧有氢气产生，而锌块逐渐溶解。
试验2：将铜块与锌块不相互接触，而在体系外用导线连接，若在导线间连接电流表。铜块一侧有氢气产生，而锌块逐渐溶解，电流表针发生转动。
试验3：将锌块置于稀盐酸介质中，可见锌块不断溶解，氢气不断产生。
答案：在电动序上，锌比铜易失去电子，电子通过导线或与铜接触面进入铜块，在铜表面将电子传递给氢离子而形成氢气。同时锌离子进入溶液。
2+
Zn → Zn＋2e 阳极 +
2H＋2e(Cu) →H2↑ 阴极
锌块自身在盐酸介质之中的溶解问题的解释：微观动态腐蚀电池。
结论：将两种不同电极电位的金属相互接触（或用导线连接）放入同一种电解质溶液中。 现象：电位较正的一端产生气泡，较负的一端会逐渐溶解。
5、解释现象：试验：3%NaCl水溶液1滴至光亮的铁片上，加少量铁氰化钾（K3Fe(CN)6)和酚酞试剂，然后把铁片置于磁场中。
现象：在液滴上逐渐产生蓝红相间的斑点，接着液滴中心变蓝，边缘便成粉红，液滴缓慢旋转。
答案：解释现象： 在液滴上，初期溶解氧一旦被还原，大气中的氧优先溶于液滴边缘，使液滴中心相对贫氧，使整个液滴产生氧浓差。结果：液滴中心较负成为阳极，
2+2+
发生：Fe→2e = Fe反应。 Fe 与K3Fe(CN)6作用，形成蓝色。 液滴边缘部位较正，成为阴极，
－－
发生：O2＋H2O＋4e →4OH反应。 OH与酚酞作用，形成粉红色。
2+－
又由于液滴中心的Fe 向边缘扩散， OH向中心扩散，使在铁片内部的电子流向液滴边缘而形成磁场，在外磁场的相互作用下，使液滴发生旋转。 6、举例说明氧浓差腐蚀
答案：例：金属在土壤中（与土接触点为贫氧，为负极，金属腐蚀；与空气接触点为富氧，为正极，金属不腐蚀。）
船的吃水线附近（水下为贫氧区，为负极，金属腐蚀；水上为富氧区，金属不腐蚀。 搅拌杆与液面接触处（同上）。 7、解释现象：试验：一根铜丝一端置于0.1mol/LCuSO4溶液中，另一端置于1mol/LCuSO4溶液中。发现，铜丝置于0.1mol/LCuSO4溶液中的一端发生腐蚀（不断溶解）。 答案：解释：由于两种浓度的盐通过铜丝组成了同一体系：高浓度一端铜离子有沉积的趋势，低浓度的一端铜有溶解的趋势，则，低浓度一端溶解给出的电子沿铜片流向另一端（高浓度一端），以满足沉积铜所需要的电子。只所以发生电子流动，是因为在两端盐浓差使铜丝两端产生电位差。
8、解释现象：试验：一根铁丝一端置于高温溶液中，另一端置于低温溶液中。发现，铁丝置于高温溶液中的一端发生腐蚀（不断溶解）。
答案：解释：高温部位金属活性强，易脱离金属表面而氧化，低温区或性弱。这样形成高温区的金属氧化，产生的电子由铁丝流向低温一端，是低温一端的金属离子沉积。
各种热交换器、燃烧器等已发生温差腐蚀
9、绘出Fe—H2O的E—pH图，指出保护区、腐蚀区、钝化区和过钝化区。并举例说明该图的应用。 答案：
金属的E—pH图的应用
预计一定条件下的金属腐蚀行为 反应金属自发腐蚀热力学倾向 指明金属实施保护的可能性与方向
总结E—pH图的规律：上腐蚀、下稳定、两边（左右）腐蚀、中间钝化。 常见金属在中性介质中都比较稳定。
应用举例：如图1，当环境条件在红点处时，通过调整酸度可使其进入钝化区；实行阴极保护可使其进入保护区。
10、理论电位—pH图的局限性？ 答案：一些局限性：
1．由于金属的理论电位—pH图是一种以热力学为基础的电化学平衡图，因此它只能预示金属腐蚀倾向的大小，而不能预测腐蚀速度的大小。
2．图中的各条平衡线，是以金属与其离子之间或溶液中的离子与含有该离子的腐蚀产物之间建立的平衡为条件的，但在实际腐蚀情况下，可能偏离这个平衡条件。
3．电位—pH图只考虑了OH-这种阴离子对平衡的影响。但在实际腐蚀环境中，往往存
-2-2-在Cl、SO4、P03等阴离子，它们可能因发生一些附加反应而使问题复杂化。
4．理论电位—pH图中的钝化区并不能反映出各种金属氧化物、氢氧化物等究竟具有多大的保护性能。
5．绘制理论电位—pH图时，往往把金属表面附近液层的成分和PH大小等同于整体的数值。实际腐蚀体系中，金属表面附近和局部区域内的pH值与整体溶液的pH值其数值往往并不相同。
因此，应用电位—pH图时，必须针对具体情况，进行具体分析，过分夸大或贬低电位—pH图的作用都是不对的。
11、举例说明有哪些可能的阴极去极化剂?当有几种阴极去极化剂同时存在时，如何判断哪一种发生还原的可能性最大?自然界中最常见的阴极去极化反应是什么? 答案：（1）氢离子还原反应或析氢反应（电极反应式）； （2）溶液中溶解氧的还原反应； （3）溶液中高价离子的还原反应； （4）溶液中贵金属离子的还原反应。 判断：（⊿G）T，P= nF⊿E
（⊿G）T，P= nF（EC - EA）其中：EC 为氧化剂电位； EA为还原剂电位。因此，
⊿E越负， 反应可能性越最大；
有些情况下可利用氧化剂的平衡电极电位EC来粗略判断阴极去极化反应的可能性大小。 最常见的阴极去极化反应：析氢反应和吸氧反应 12、何谓腐蚀极化图?说明其应用。
答案：一腐蚀电池，开路时，测得阴、阳极的电位分别为E0,C和E0,A。然后用可变电阻把二电极连接起来，依次使电阻R值由大变小，电流则由零逐渐变大，相应地测出各电流强度下的电极电位，绘出阴、阳极电位与电流强度的关系图，就是腐蚀极化图。因此，腐蚀极化图是一种电位—电流图，它是把表征腐蚀电池特征的阴、阳极极化曲线画在同一张图上构成的。
腐蚀极化图的应用
（1）极化图用于分析腐蚀速度的影响因素
(a)腐蚀速度与腐蚀电池初始电位差的关系：腐蚀电池的初始电位差（EO,C- EO,A )，是腐蚀的原动力；（例氧化性酸对铁的腐蚀；不同金属平衡电位对腐蚀电流的影响）
(b)极化性能对腐蚀速度的影响：若腐蚀电池的欧姆电阻很小，则极化性能对腐蚀电流有很大的影响；（例钢在非氧化酸中的腐蚀极化图）
(c)溶液中含氧且及络合剂对腐蚀速度的影响；（例铜在含氧酸及氰化物中腐蚀极化图） (d)其他影响腐蚀速度的因素，如阴、阳极面积比和溶液电阻等。 （2）腐蚀速度控制因素：阳极控制、阴极控制、混合控制和欧姆控制。
13、试用腐蚀极化图说明电化学腐蚀的几种控制因素以及控制程度的计算方法。 答案：
×100%
×100%
14、混合电位理论的基本假说是什么? 答案：混合电位理论包含两项基本假说：
（1）任何电化学反应都能分成两个或两个以上的氧化分反应和还原分反应。 （2）电化学反应过程中不可能有净电荷积累。
根据混合电位理论，腐蚀电位是由同时发生的两个电极过程，即金属的氧化和腐蚀剂的还原过程共同决定的，是腐蚀体系的混合电位。因此，根据腐蚀极化图很容易确定腐蚀电位并解释各种因素对腐蚀电位的影响。而根据腐蚀电位的变化却不能准确判断腐蚀速度的大小或变化。必须测定相应的极化曲线，根据腐蚀极化图或动力学方程式才能确定腐蚀速度，研究腐蚀动力学过程和机理。
15、何谓差异效应?产生负差异效应的原因是什么？
（1） 答案：差异效应现象和定义
图中开关又断开的情况下，锌试样处于自腐蚀状态，锌上的析氢速度为V0。然后接通开关，使锌试样与同溶液中的电位正的金属铂连通，锌上的析氢速度为V1，则
（2）差异效应的腐蚀极化图解释 （3）负差异效应，及其形成原因
16、为什么说防腐就是防水？（可从极化与去极化角度解释）
答案：在一般情况下，具备腐蚀电池条件后，腐蚀初始速度较大，但很快变慢，直至很小。此现象称为极化现象。但当环境有水存在时，会发生： 氢去极化腐蚀：氢离子还原为氢气。
+
酸性介质中： 2H＋2e → H2 ++
反应步骤如下： H H2 O → H＋ H2 O +
H＋M（e）→ MH MH ＋MH → H2 ＋2M +
或 MH ＋ H＋M（e）→ H2 ＋2M 碱性介质中：
-- H2O＋M（OH）→ OH＋M(H2O ) -
M(H2O ) → M（ H）＋ OHM（ H）＋ M（ H）→ H2 ＋2M
氢离子小，得电子后变相，使反应不断进行，去极化能力强。 氧去极化腐蚀
氧分子在阴极上的还原反应(生成H2O、OH-)的电化学腐蚀称为氧去极化腐蚀。 由于氧分子的非离子化，氧分子在溶液中的溶解度较小（常压下最高浓度约为 10-4mol/L）,所以，氧向金属表面的输送过程如下： ①通过空气-溶液界面融入溶液，
②以对流或扩散方式通过溶液的主要厚度层，
③以扩散方式通过金属表面的溶液静止层而到达金属表面。 一般认为步骤③是传质最慢步骤。 在酸性介质中氧电极过程为：
-
形成半价氧离子 O2 ＋e → O2- +
形成二氧化一氢 O2＋H→ HO2-形成二氧化一氢离子 HO2 ＋e → HO2 形成过氧化氢 HO2形成水 H2O2 ＋ 2H
-
+
＋H→ H2O2
+
＋2e → 2H2O
或 H2O2 → 1/2 O2 ＋ H2O +
总反应 O2 ＋ 4H＋4e → 2H2O
一般认为，第一步骤为控制步骤。
氢离子小，来源广泛，还原产物离开溶液。总的表现出氢去极化能力很强。氧在水中溶解有限，扩散速度较慢，但过电位较小。总的表现出氧去极化能力相对较小。
结论：H+(H2O)和O2是防腐的主要敌人，防腐应该说就是防水、防酸和防氧。显然，去湿，调整pH值，除氧是防腐的首要问题。 17、金属钝化的概念及钝化图和应用
答案：金属在腐蚀过程中，由于极化，尤其是阳极极化，使腐蚀速度急剧下降，这在金属防腐中有重要意义。
要利用这一现象，即必须研究金属极化的规律。由于阳极极化使金属的腐蚀减缓，因此，把阳极极化称为金属的钝化。 钝化过程可划为四个阶段
㏒I ㏒I2 ㏒I1 ㏒I3-4
活化溶解区：随电位升高值E1,电流密度由I1逐渐增加至I2,电位达到E2就不再增加。称E1为初始电位，称I1为初始电流密度， E2为致钝电位， I2为致钝电流密度。 人们称E1—E2区为活化溶解区。
0
E1 E2 E3
E4
E
活化—钝化过渡区：电位到达E2之后阻隔阳极过程的氧化膜不但生成和溶解，随着电位的升高，氧化膜越来越完整。这段电流测得的是上下抖动的虚线。但电位到达E3时，电流密度稳定一较小值I3 。人们称E3对应的电流密度I3为维钝电流密度，称E2—E3区为活化—钝化过渡区。
钝化区：电位到达E3后，随电位升至E4时，电流密度始终维持在I3 。 在E3—E4电位区间内，当电流密度小于I3时，金属就会再度腐蚀。这对阳极实施电化学保护有重要意义。人们称E3—E4电位区间为钝化区。
过钝化区：当电位到达E4后继续升高，形成的氧化膜物质可能被氧化成更高价阳离子或变成可溶性阴离子或升华，或再更高的为电场作用下，氧化膜的半导体性质已不能够保护金属的进一步氧化。从而使腐蚀再度开始并加剧。人们称大于E4电位为过钝化区。
结论：由金属钝化过程㏒I—E曲线可知，具有意义的是钝化区。这一区域可使金属处于保护。要达到这一区域，金属充当阳极时的外电位与电流密度必须控制到这一区域。若不是外加电压和电流，金属与钝化剂及环境要有较好的对应和选择。
显然，钝化区的E3越低，E4越高，其钝化能力越强。越易实现阳极保护。 18、关于金属钝化的解释有几种理论？简述各理论并比较？
（1）成相膜理论
这种理论认为，当金属阳极溶解时，可以在金属表面生成一层致密的、覆盖得很好的固体产物薄膜。这层产物膜构成独立的固相膜层，把金属表面与介质隔离开来，阻碍阳极过程的进行，导致金属溶解速度大大降低，使金属转入钝态。
（2）吸附理论
吸附理论认为，金属钝化是由于表面生成氧或合氧粒子的吸附层，改变了金属/溶液界面的结构，并使阳极反应的活化能显著提高的缘故。即由于这些粒子的吸附，使金属表面的反应能力降低了，因而发生了钝化。 （3）两种理论的比较 共同点；差异点
19、什么叫局部腐蚀？为什么说局部腐蚀比全面腐蚀更有害？ 答案：全面腐蚀：腐蚀在整个金属表面上进行。
局部腐蚀：腐蚀集中在金属表面局部，大部分几乎不发生腐蚀。
全面腐蚀的阴阳极尺寸微小且紧密靠拢、动态变化不定，在微观上难以分辨，在宏观上更不能区别。
局部腐蚀的阴阳极区独立存在，至少在微观上可以分开。阳极区面积小，阴极区面积大。 有人把全面腐蚀归为化学腐蚀，把局部腐蚀归为化学腐蚀。很明显，全面腐蚀可以预测，易于观察变化，容易预防和发现，危害较小；对于局部腐蚀，由于发生在局部，甚至发生在金属的内部，极具隐蔽性，不易观察和发现，往往预测不到而毫无预兆突然发生，危害性较大。目前，由于局部腐蚀的预测和防止还存在困难，故局部腐蚀引发的突然灾难事故，远远大于全面腐蚀带来的事故。
20、电偶腐蚀的概念、因素、控制 答案：
⑴电偶腐蚀的概念
异金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不相等有电偶电流通过，是电位较低的金属加速溶解，造成接触处的局部腐蚀；而电位较高的金属，溶解速度反而减少。
上述的本质是两种不同的金属电极构成宏观原电池腐蚀，称为电偶腐蚀，亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。
例一：沿海一硫酸厂，SO2冷凝器采用内管石墨（走SO2 ），外管为碳钢（走冷凝—海水）。石墨与碳钢在套接上有局部连接。使用半年后，局部腐蚀穿孔。
例二：各种金属管道中的连接处、转弯处沉积的异金属离子，都会构成电偶腐蚀。 例三：金属连接的螺丝、铆钉、焊接材料等等 ⑵影响电偶腐蚀的因素
两种金属的电偶序位置
两种金属的面积比：阳极的腐蚀速度? 与阴极的面积大小有关阴极的面积越大，腐
蚀速度越快。阴极面积Sk ,阳极面积Sa,二者之比为： Sk / Sa。阳极的腐蚀速度有：
?=k Sk / Sa
在氢去极化腐蚀时，阴极面积相对较大时，阴极电密度相对较小，使阴极上的氢过电位变小，氢去极化的能力就越大，使阳极的腐蚀速度增加。
在氧去极化腐蚀时，阴极面积相对较大时，对阳极腐蚀速度影响相对于氢去极化腐蚀较小，但还是会加剧阳极腐蚀。
介质的电导率：介质是电化学腐蚀的离子导体，异金属共处于同一介质中接触处为电子导体。
当电子导体电阻很小时，离子导体的导电能力决定腐蚀速度。 当介质有较强的导电能力时(强电解质溶液）阳极的表面（四面八方）都可发生腐蚀（偶电流可分散到远离接触点的阳极表面上去，阳极所受腐蚀较为均匀），容易观察到表面的腐蚀痕迹。容易预防。
当介质有较弱的导电能力时(弱电解质溶液）阳极的大部分表面（四面八方）不发生腐蚀（偶电流不能分散到远离接触点的阳极表面上去），容易在接触点附近发生腐蚀，结果相当于缩小了阳极面积，加大了接触点的腐蚀速度，且腐蚀点隐藏在不易观察的接触面上，不以预防，危害较大。 ⑶电偶腐蚀的控制
在设计设备与部件时，避免异金属腐蚀
必需异金属接触时，选用电偶序相近的异金属 必需异金属接触时，采用大阳极小阴极的结构 必需异金属接触时，采用非金属绝缘
必需异金属接触时，要进行较好的表面处理 21、小孔腐蚀的概念、特征、因素与控制 答案：
⑴小孔腐蚀的概念：在金属的局部地区，出现向深部发展的腐蚀小孔，其余地区不腐蚀或腐蚀轻微，这种腐蚀形态称为小孔腐蚀，简称孔蚀或称点蚀。 具有自钝化的金属（含合金），如不锈钢、铝、铝合金，钛或钛合金等，碳钢在氧化皮或绣层有孔隙的情况下，在含有氯离子的介质中，经常发生小孔腐蚀。 ⑵金属小孔腐蚀的特征
蚀孔小，直径约为数10微米；蚀孔深：深度一般大于孔径；疏密不等，多少不一。空口多数有腐蚀产物覆盖。
腐蚀开始到暴露（肉眼可见）一般要经历200天以上。（诱导期较长） 孔蚀沿重力方向发展，一旦形成蚀孔，具有“向下深挖”的动力。 一些蚀孔在外界影响下，可能停止发展，留下一些蚀坑；少数蚀孔继续发展，甚至穿透金属。
⑶影响小孔腐蚀的因素
金属性质的因素：自钝化金属敏感
介质中离子的影响：尤利格等人确定氯离子浓度与电位的关系: 18-8不锈钢 Eb= - 0.088㏒ ?Cl + 0.108 铝 Eb= - 0.124㏒ ?Cl - 0.0504 人们称Cl是小孔腐蚀的“激发剂”。
但介质中有FeCl3 、CuCl2、HgCl2时，不仅具备了氯离子条件，还具备了氧化剂条件，即使在缺氧条件下也会发生小孔腐蚀。为什么？ 温度和酸度：影响不明显。（条件环境是使金属钝化，非钝化环境条件不是这里讨论的问题） ⑷介质流速影响
介质的流速对对小孔腐蚀有双重作用：流速增加，加大溶解氧向金属表面传送，使钝化膜易形成；流动的介质带走了金属表面的沉积物，除去了小孔腐蚀的封闭环境，减少了小孔腐蚀的机会。
实验：将1Cr13不锈钢片置于50℃ 、流速0.13m/s的海水中， 1个月后发生小孔腐蚀并穿孔；当海水流速增加到2.5m/s时，13个月后无小孔腐蚀；当流速到形成湍流，钝化膜经不起冲刷而破坏，产生另一类腐蚀——磨损腐蚀。
经验使我们会看到：不锈钢设备经常运转，小孔腐蚀较轻，长期不使用易发生小孔腐蚀。 金属的表面状态：平整程度、清洁程度、焊渣、伤痕等 ⑸小孔腐蚀的控制
选用耐小孔腐蚀的材料：
降低介质中氯离子浓度 加入缓蚀剂 预钝化
外加阴极电流保护
22、缝隙腐蚀的概念、特点与控制。缝隙腐蚀与小孔腐蚀的区别？ 答案：
⑴缝隙腐蚀的概念：金属在腐蚀介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内介质处于滞留状态，引起缝隙内金属加剧腐蚀。典型例子：法兰连接面，螺母压紧面，焊缝气孔或虚焊面，锈层，长期密不透风的覆盖物下面等。 ⑵缝隙腐蚀的特点：缝隙大小约在0.025～ 0.1mm之间（肉眼不易分辨）。当缝隙宽度大于0.1mm后，缝隙内的介质不易滞留，不易发生缝隙腐蚀。 缝隙腐蚀的金属比小孔腐蚀更为普遍，除易钝化金属易发生外，其他金属也发生缝隙腐蚀。
缝隙腐蚀的介质比小孔腐蚀更为普遍，几乎所有的介质环境下都可发生缝隙腐蚀，而在活泼性阴离子的中性介质中最易发生。 ⑶缝隙腐蚀的控制 选材上采用耐蚀合金：
结构设计上防止形成缝隙：
腐蚀程度 金属之间镙杆（栓）连接＞ 叠（加）焊（接）＞ 对（齐）焊（接）。 对缝隙用固体填实。
采用电化学保护
金属表面的状态：光洁度、整洁度 ⑷缝隙腐蚀与小孔腐蚀的异同点
①起源不同：小孔腐蚀起源于金属表面的孔蚀核，缝隙腐蚀起源于金属表面的特小缝隙； 材料、介质条件不同：小孔腐蚀，易钝化金属，只在含有Cl离子的介质中发生，缝隙腐蚀可在任何金属、介质中发生； ②腐蚀过程不同：小孔腐蚀是慢慢形成闭塞电池，缝隙腐蚀由于先有缝隙的存在而是闭塞电池形成较快；小孔腐蚀往往沿重力方向发展，孔直径小而形成全封闭的闭塞电池，而缝隙腐蚀各种方向都有发展，缝隙相对于小孔较宽，形成的闭塞电池的程度较小孔要小（半闭塞滇池）。
③腐蚀的形态不同：小孔腐蚀的孔窄而深，缝隙腐蚀的蚀坑是广而浅；小孔腐蚀一旦形成，新的时孔不再发生，缝隙腐蚀将不断发生新的腐蚀点。
23、 晶间腐蚀的概念、特点、因素与控制。举一个晶间腐蚀的例子。 答案：
⑴晶间腐蚀的概念：腐蚀沿着金属或合金的晶粒（体）边界或它的邻近区域发展，晶粒本身腐蚀很轻微。
⑵晶间腐蚀的特点与危害：腐蚀使晶粒间的结合力大大削弱，直至使金属的机械强度完全尚失。遭受腐蚀的不锈钢，表面看来还很光亮，但轻轻敲打，就会碎成细粒，并可见细粒表面发生颜色改变（锈迹斑斑）。此种腐蚀隐蔽性很强，易造成设备的突然破坏，危害性极大。
晶间腐蚀敏感性高的材料：不锈钢 镍基合金 铝合金 镁合金等。 ⑶晶间腐蚀的控制 重新固溶处理 钝化处理 稳定化处理
采用低碳钢、双相钢
⑷电焊。当电焊后没有及时淬火或稳定化处理可能引起晶间腐蚀。 24、 应力腐蚀的概念、特征与控制。 答案：
应力腐蚀的概念：
是指金属材料在固定应拉力和特定介质的共同作用下引起的破裂。SCC。 特征：
工程上常用的材料，如不锈钢、铜合金、碳钢、高强度钢等，在特定介质中都可能产生应力腐蚀破裂。在腐蚀的过程中材料先出现微观腐蚀裂纹，然后再扩展为宏观裂纹；微观裂纹一旦生成，其发展速度比其他类型局部腐蚀快得多。例，碳钢在海水中的应力腐蚀速度是
6
小孔腐蚀的10，而且材料在破裂前没有明显的预兆。显然，应力腐蚀破裂是局部腐蚀最具危险的腐蚀。 应力腐蚀的控制
选用耐蚀的材料：海水中、盐水中碳钢好
双相钢港应力腐蚀能力强：例 1Cr10Ni10双相钢42%MgCl2沸腾介质中，2000小时无应力腐蚀破裂；而奥氏体不锈钢1小时内材料破裂。
控制应力：在制备和装配构件时，应使构件具有最小的残余应力。正确进行热处理，消除构件的内应力。 控制介质： 采用电化学保护
25、 疲劳腐蚀的概念、机理和控制。
概念：金属材料在循环应力或脉动应力和介质的联合作用下，引起的断裂腐蚀形态。 疲劳腐蚀机理：交变应力、脉动应力使金属表面形成滑移，由于挤压效应，使局部产生高温、裂缝而形成裂纹源，最后发展成为宏观腐蚀疲劳纹。直至断裂。 腐蚀疲劳的控制：选材、表面处理、阳极保护等等。
26、 （磨损腐蚀）水轮机叶片、船螺旋桨的背面（迎流体面的反面），常出现孔蚀坑。请正确解释产生这种腐蚀的原因。
答案：由于水轮机叶片、船螺旋桨的背面与介质（水）的相对运动使其表面遭受介质（水）的磨损腐蚀。机理是：金属构件与介质做高速相对运动，使金属背面（迎流体面的反面）产生负压，局部表面产生涡流和气泡，气泡在不断生成与破灭，破灭的气泡产生的压力不断拍打着金属的表面而使金属表面产生腐蚀，产生类似湍流腐蚀的孔蚀坑。这种腐蚀称为空泡腐蚀，有称空穴腐蚀或汽蚀。 27、金属腐蚀防护的方法
答案：研究腐蚀机理，探讨腐蚀规律，了解发生腐蚀的原因及影响腐蚀的相关因素，主要目的就是指出高效简便、切实可行的防止金属材料或设备腐蚀的得力措施，达到防蚀，减蚀、缓蚀、免蚀的目的，以控制腐蚀造成的破坏，延长材料或设备使用寿命。由于腐蚀本身的复杂性，腐蚀防护技术涉及范围很广，内容十分丰富。实践中应用最广的腐蚀防护措施有， (1)正确选材和合理设计。
(2)改善腐蚀环境。调整酸度、湿度、添加缓蚀剂等 (3)电化学保护。 阳极保护、阴极保护、联合保护 (4)表面保护。 钝化、电镀、涂层 28、防腐结构设计
答案：合理的结构设计对于腐蚀控制十分重要，因为即使选用了性能良好的耐蚀材料，也会由于结构设计不合理而造成水分和其它腐蚀介质的积存、局部过热、应力集中、流体涡流等，从而引发多种形态的局部腐蚀，加速构件的腐蚀破坏，造成严重的腐蚀后果。可以这样讲：合理选材主要侧重于控制材料的全面腐蚀，而合理的结构设计主要是为控制材料的局部腐蚀。
防腐结构设计主要从下述方面考虑：
⑴尽量避免水分及尘粒的积存，水溶性介质及尘粒的积存会引起并加速有关部位的局部腐蚀，因此应尽量避免可能使水分及尘粒积存的结构。 ⑵正确选择连接方式
结构设计中，同种材料或异种材料的连接是不可避免的，各种连接方式都可能引发缝隙腐蚀或电偶腐蚀，因此必须重视正确选择连接方式。常用的连接方式有配合尺寸连接、螺纹连接，铆接，焊接，粘结和法兰盘连接等，各种连接方式都有各自的特点。从防腐角度看，粘结不仅无缝隙，而且粘接剂多为绝缘体，粘结剂形成膜可隔绝被连接件的直接接触，有利于防止电偶腐蚀，所以是最佳的连接方式。当然对于别的连接方式，只要采取可靠的对应措施，也可以避免或减轻发生局部腐蚀的趋势，故针对具体情况，合理选择连接方式并辅之以相应的防腐措施是防腐结构设计中的重要内容。 ⑶防止环境差异引起的腐蚀
由于环境差异会形成多种宏观腐蚀电池，导致阳极区的局部金属发生严重腐蚀。比如由于温度差形成温差电池，由于通气差异形成氧浓差电池；由于浓度差形成盐浓差电池等，它们都属于环境差异电池，基于这类因素造成的腐蚀，都属于环境差异腐蚀。在结构设计中，应当注意避免局部金属之间的环境差异，比如将加热器安置于溶液的中间，防止形成环境差异电池，减轻或消除由于环境差异造成的腐蚀。 ⑷防止各种局部腐蚀
结构设计合理与否，与发生多种形式的局部腐蚀有密切的关系，诸如电偶腐蚀、缝隙腐蚀，应力腐蚀、湍流腐蚀等都可能由于不合理的结构设计而引发。 29、防腐工艺设计
无数事实表明，金属材料的加工制造和装配与腐蚀事故的发生关系密切，许多腐蚀问题是由于不合理的工艺过程留下的严重隐患造成的，因此必须高度重视防腐工艺设计。 下面就加工环节中应考虑到的防腐措施作一扼要介绍。 (一)机械加工
(1)金属材料进行机械加工成型工艺时应保证较小的残余应力。 (2)金属材料经过机械成型加工后应及时进行消除应力热处理。 (3)磨光、抛光及喷丸处理有助于提高材料耐蚀性。
(4)保证机械加工表面光洁度，特别是在应力集中处。
(5)机械加工中使用的切削冷却液，应对加工材料无腐蚀性。 (6)对某些零件应采取必要的工序间防锈措施。 (二)热处理
(1)应防止金属高温氧化和脱碳，最好采用真空热处理、可控气氛热处理、感应加热处理或使用热处理保护涂料。
(2)对有氢脆敏感性的材料如高强钢、超高强钢及钛合金，不能在含氢气氛中加热。 (3)对易产生沿晶腐蚀和应力腐蚀的材料，应避开敏感的热处理温度，并严格遵守工艺规程。 (4)对于在腐蚀性介质中处理的工件，应及时清除腐蚀性残留物。
(S)对于可产生较大残余拉应力的热处理，在最终热处理后，须采取消除应力措施。 (6)表面淬火、化学热处理等有助于提高材料耐蚀性，若有条件或可能时，应尽量采用。 (三)锻造和挤压
(1)应控制锻件流线末端的外露。
(2)对有较大残余应力的锻件应采取消除应力措施。
(3)某些锻造工艺对提高耐蚀性有利，如对高强度铝合金来说， 自由锻比模锻更有利于提高锻件的抗应力腐蚀能力。 (四)铸造
(1)尽量采用精密铸造工艺，减少铸件的孔洞、砂眼。 (2)若有可能应尽量除去铸件表面的多孔层或进行封孔处理。
(3)避免铸件上镶嵌件与铸件之间较大的电位差，减轻电偶腐蚀的危害。 (五)焊接
(1)从防腐角度看，对接焊比搭接焊好，连续焊比断续焊和点焊好，若有可能，最好以粘接代替焊接。
(2)焊材成分应与基体成分相近，或焊条材料电位比基体更正一些，避免大阴极(基体)，小阳极(焊缝)的不良腐蚀组合。
(3)焊缝处的热影响区容易发生局部腐蚀，应采取必要的保护措施。 (4)焊接后，焊缝处的残渣应及时清理干净，以免残渣引起局部腐蚀。 (5) 点焊件、断续焊件及单面搭接焊件，宜采用涂漆或喷涂金属等方法。 (6)焊接和表面处理二者在工序上应有合理全排。 (六)表面处理
许多零件或构件都要经过电镀、氧化、涂漆等各种表面处理，这些工序虽然属防腐措施，但若处理不当也会腐蚀工件或留下腐蚀隐患。
(1) 脱脂、酸洗等表面处理工序可能产生过腐蚀或渗氢，应慎重处理。 (2) 电镀，氧化处理后要及时清理残留的各种腐蚀性介质。
(3) 酸洗、电镀后要考虑除氢处理。
(4) 联结件或组合件一般先进行表面处理，然后联结或组合。 (5) 对于破损的表面处理层应及时返工或修补。
(6) 对高强、超高强度钢、铝、镁、钛合金等，应严格遵守相应的要求和规定。 (七)，装配 ．
(1)装配前应检查和核实零件的镀层是否正确，保护层是否有损伤，零件是否已发生腐蚀等。 (2) 易于发生腐蚀的零件，不允许赤手装配，防止手汗对零件的腐蚀。 (3)装配时注意不要造成过大的装配应力。 (4)对不宜接触的材料不能装配在一起。
(5)对有密封要求的部位，在装配中要保证密封质量。
(6)装配中及装配结束后应及时进行清理检查，除去灰尘，金属屑等残留物，并检查通风孔、排水孔等孔口，使之不被堵塞，以便腐蚀性介质及时排除。
30、何为缓蚀剂？缓蚀剂的分类？简要介绍不同缓蚀剂的作用机理。 答案：缓蚀剂是一种当它以适当的浓度或形式存在于介质中时，可以防止和减缓腐蚀的化学物质或复合物质。 缓蚀剂的分类：
(1)按化学结构分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。
(2)按使用介质的pH值分为酸性介质(pH ≤1～4)缓蚀剂、中性介质(pH＝ 5～9)缓蚀剂和碱性介质(pH ≥ 10～12)缓蚀剂。
(3)按介质性质分为油溶性缓蚀剂、水溶性缓蚀剂和气相缓蚀剂。 作用机理：
(一)缓蚀剂的吸附理论
吸附理论认为，许多有机缓蚀剂属于表面活性物质，这些有机物分子由亲水疏油的极性基和亲油疏水的非极性基组成；当它们加入到介质中后，缓蚀剂的极性基定向吸附排列在金属表面，从表面上排除了水分子和氢离子等致腐粒子，使之难于接近金属表面，从而起到缓蚀作用。如各种胺类化合物。 (二)缓蚀剂的成膜理论 ． 成膜理论认为，缓蚀剂能与金属或腐蚀介质的离子发生反应，结果在金属表面上生成不溶或难溶的具有保护作用的各种膜层，膜阻碍了腐蚀过程，起到缓蚀作用。
(1)这类缓蚀剂中有一大部分是氧化剂，如铬酸盐、重铬酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐等，它们使金属表面生成是有保护作用的氧化膜或钝化膜。这类缓蚀剂相当于钝化剂的作用。 (2)有一些非氧化性的有机缓蚀剂，如硫醇与铁在酸性介质中、喹啉与铁在盐酸中，能够生成难溶的化合物膜层，叫做沉淀膜。沉淀膜起到类似于氧化膜的作用，达到缓蚀效果。 (三)电极过程抑制理论 这种理论认为，缓蚀剂的作用是由于缓蚀剂的加入抑制了金属在腐蚀介质中的电化学过程，减缓了电化学腐蚀速度。由图3—3可以看出，缓蚀剂的存在可能分别增大阴极极化或阳极极化，也可能同时增大阴极极化和阳极极化，根据缓蚀剂对电化学过程阻滞的类型，将缓蚀剂分为以下三种。 1．阳极抑制型缓蚀剂 2．阴极抑制型缓蚀剂 3．混合抑制型缓蚀剂
31、什么叫电化学阴极保护？有几种方法？区别是什么？
答案：
32、电化学阳极与电化学阴极保护的不同点是什么？ 答案：
两种电化学保护的比较
阴极保护和阳极保护都属于电化学保护，都只适用于导电的介质中，都可以考虑与缓蚀剂、表面涂层等联合保护，但二者又有以下区别： ⑴被保护金属 从理论上看，阴极保护对各种金属材料都有保护效果，而阳极保护只能用于在具体介质条件下能够钝化的金属，否则反而会加剧金属的腐蚀溶解。 ⑵介质的腐蚀性 ‘ ，
阴极保护不宜用于强腐蚀性介质中，否则保护电流太大，保护效果不佳，而阳极保护可用于弱、中、强乃至极强的腐蚀性介质中。 ⑶保护电位偏离造成的后果
对阴极保护，如果电位偏离保护电位，不致造成严重后果；而对阳极保护，则可能使金属活化或过钝化，造成严重的腐蚀后果。 ⑷外加电流值
阴极保护外加电流值较大．且不代表金属腐蚀速度，阳极保护外加电流值较小，通常代表被保护金属的腐蚀速度。 ⑸外加电流分布均匀性
阴极保护电流分布不均匀，因此所需辅助电极数量比阳极保护大。 ⑹安装运转费用
阴极保护对电源要求不严，但保护电流值很大，故设备安装费用低而运行费用高。阳极保护恰恰相反，需要恒电位仪及参比电极，设备费用高而运行费用较低。
33、我们说，化学腐蚀是全面腐蚀，电化学腐蚀是局部腐蚀。从“全面”和“局部”的比较而言，不难得到结论，化学腐蚀比电化学腐蚀的危害更严重。这个结论对吗？请阐述理由。
34、若要求你对地下埋设的煤气管道进行防腐设计，请指出关键点。 答案：预防的关键点（为什么）：①氢损伤的预防 ②氧浓差腐蚀的预防 ③细菌腐蚀的预防 ④ 杂散电流的预防。防护方法：选择耐氢损伤管材；采用涂层和电化学保护。（详细内容）。 35、阐述腐蚀与防护的意义。
36、学习腐蚀与防护科学知识之后的体会。
金属腐蚀与防护试卷1
一、解释概念:（共8分，每个2分）
钝性，碱脆、SCC、缝隙腐蚀
二、填空题：（共30分，每空1分）
1． 称为好氧腐蚀，中性溶液中阴极反应为 ，好氧腐蚀主要为 控制，其过电位与电流密度的关系为 。
2．在水的电位-pH图上，线?表示 关系，线?表示 关系，线?
下方是 的稳定存在区，线?上方是 的稳定存在区，线?与线?之间是 的稳定存在区。
3．热力系统中发生游离CO2腐蚀较严重的部位是 ，其腐蚀特征是 ，防止游离CO2腐蚀的措施是 ，运行中将给水的pH值控制在 范围为宜。
4．凝汽器铜管在冷却水中的脱锌腐蚀有 和 形式。淡水作冷却水时易发生 脱锌，海水作冷却水时易发生 脱锌。
5．过电位越大，金属的腐蚀速度越 ，活化极化控制的腐蚀体系，当极化电位偏离Ecorr足够远时，电极电位与极化电密呈 关系，活化极化控制下决定金属腐蚀速度的主要因素为 、 。
6．为了防止热力设备发生氧腐蚀，向给水中加入 ，使水中氧含量达到 以下，其含量应控制在 ，与氧的反应式为 ，加药点常在 。
7．在腐蚀极化图上，若Pc>>Pa， 极极化曲线比 极极化曲线陡，这时Ecorr值偏向 电位值，是 控制。
三、问答题：（共24分，每小题4分） 1．说明协调磷酸盐处理原理。
2．自然界中最常见的阴极去极化剂及其反应是什么？ 3．锅炉发生苛性脆化的条件是什么？
4．凝汽器铜管内用硫酸亚铁造膜的原理是什么？
5．说明热力设备氧腐蚀的机理。
6．说明腐蚀电池的电化学历程，并说明其四个组成部分。
四、计算：（共24分， 每小题8分）
1．在中性溶液中，Fe2?=10?6mol/L，温度为25℃，此条件下碳钢是否发生析氢腐蚀？并求出碳钢在此条件下不发生析氢腐蚀的最小pH值。（E0Fe2+/Fe = -
0.44）
2．写出V-与icorr的关系式及Vt与icorr的关系式，并说明式中各项的物理意义。
3．已知铜在含氧酸中和无氧酸中的电极反应及其标准电极电位：
Cu = Cu2+ + 2e E0Cu2+/Cu = + 0.337V H2 = 2H+ + 2e E02H+/H = 0.000V 2H2O = O2 + 4H+ + 4e E0O2/H2O = +1.229V
问铜在含氧酸和无氧酸中是否发生腐蚀？
五、分析：（共14分，每小题7分）
1．试用腐蚀极化图分析铁在浓HNO3中的腐蚀速度为何比在稀HNO3中的腐蚀速度低？
2. 炉水协调磷酸盐-pH控制图如图1，如何根据此图实施炉水水质控制，试分析之。
10.20R=2.8R=2.610.009.809.609.409.209.008.80R=2.4R=2.3R=2.2R=2.1pH(25oC)2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20
图1. 协调磷酸盐—pH控制图
金属腐蚀与防护试卷2
一、解释概念:（共8分，每个2分）
苛性脆化、SCC、自腐蚀电位、钝性
二、填空：（共30分，每空1分）
1．发生析H2 腐蚀的必要条件是 ，阴极反应为 ，析氢腐蚀为 控制，其过电位与电流密度的关系为 。
2．在水的电位—pH图上，线?下方是 区，线?上方是 区，线?与线?之间是 区。
3．碳钢在 溶液中，奥氏体不锈钢在 溶液中易发生应力腐蚀破裂。
4．铁在570℃以上氧化生成的氧化膜从里到外由 、 、 组成，其中具有良好保护性的是 。
5．氧腐蚀常发生在热力系统的 、 ，其腐蚀特征为 。为防止氧腐蚀，通常采用以 为主， 为辅助的防腐蚀方法。使水中氧含量可达 以下。联氨除氧时，给水中联氨含量控制在 ，其反应式为 ，通常加药点在 。
6．协调磷酸盐处理的实质是把炉水的 全部变为 ，消除炉水中的 ，该法适用于 条件。
7． Pa>>Pc 时，腐蚀为 控制，Ecorr靠近 电位；Pc >>Pa 时，腐蚀为 控制，Ecorr靠近 电位。
三、问答题：（共24分，每小题4分）
1．凝汽器铜管用FeSO4成膜保护的原理是什么？ 2．为何同时有溶解氧和游离二氧化碳时腐蚀更加严重？ 3．说明腐蚀电池的电化学历程。 4．锅炉发生苛性脆化的条件是什么？
5．金属氧化生成保护性氧化膜应具备什么条件？
6．为何说对炉水进行协调磷酸盐处理是防腐防垢兼顾的方法？
四、计算题：（共24分，每小题8分）
1．铜在介质中的腐蚀反应为：Cu→Cu2++2e ,腐蚀电流密度为100μA/cm2,求其腐蚀速度V-(g/m2d) 和Vt (mm/a)。已知ACu= 63.55, ρ=8.96g/cm3。
2．在中性溶液中，Fe2+的浓度为10-6mol/L，温度为25℃，试判断在此条件下铁是否发生析氢腐蚀？并求铁在此条件下不发生析氢腐蚀的最低pH值。(已知E0Fe2+/Fe=-0.44V)
3．已知铜在含氧酸中和无氧酸中的电极反应及其标准电极电位：
Cu = Cu2+ + 2e E0Cu2+/Cu = + 0.337V
H2 = 2H+ + 2e E02H+/H = 0.000V 2H2O = O2 + 4H+ + 4e E0O2/H2O = +1.229V 问铜在含氧酸和无氧酸中是否发生腐蚀？
五、分析题：（共14分，每小题7分）
1．具有钝化行为金属的阳极极化曲线如图1，说明曲线上各特性点和特性区的意义。
+EEO2EtpGEDHFEpEppEoAipCBipplgi
图1. 具有钝化行为金属的阳极极化曲线
2．画出Fe-H2O体系的简化电位-pH图，标出腐蚀区、免蚀区、钝态区。为了使铁不受腐蚀，使铁的状态条件移出腐蚀区的可能途径有那些？
附： 金属腐蚀与防护实验
目 录
实验部分
实验1 腐蚀试样的制备 电化学试样的制备 ………………………………………2
2 恒电位法测定阳极极化曲线 …………………………………………………3 3 塔菲尔直线外推法测定金属的腐蚀速度 ……………………………………5 4 失重法测定金属的腐蚀速度 …………………………………………………7 5 线性极化法测定金属的腐蚀速度 ……………………………………………10 6 电位-pH图的应用………………………………………………………………12 7 动电位扫描法测定金属的阳极极化曲线 ……………………………………14 8 电偶腐蚀速度的测定 …………………………………………………………15 9 闭塞电池腐蚀模拟实验 ………………………………………………………17
演示实验部分
实验1 腐蚀原电池 ……………………………………………………………………18 实验2 原电池的极化 …………………………………………………………………19 实验3 钢在硝酸中的钝化 ……………………………………………………………20 实验4 缓蚀剂的缓蚀效果 ……………………………………………………………21 实验5 阴极保护——牺牲阳极法 ……………………………………………………22 附录1 CR-3型多功能腐蚀测量仪的使用方法……………………………………………23 附录2 PS-1型恒电位/恒电流仪的使用方法 ……………………………………………26
综合实验部分
锈蚀碳钢磷化及磷化膜性能检验试验………………….……………………………………….30 附录一……………………………………….………………………………………….34 附录二…………………………………………………………………………………………….42 附录三…………………………………………………………………………………………….45 附录四…………………………………………………………………………………………….46
实验实验实验实验实验实验实验实验
实 验 部 分
实验1 腐蚀试样的制备 电化学试样的制备
一、 目的
学会一种用树脂镶制电化学实验用的金属试样的简易方法和焊接金属样品的方法。
二、 材料和药品 金属试样
具有塑料绝缘外套的铜管 塑料套圈 金属砂纸 电烙铁 焊油 焊锡丝 玻璃板 玻璃棒 烧杯 托盘天平 乙二胺 环氧树脂
三、 实验步骤 1． 焊接金属样品
将金属试样的所有面金属都用砂纸打磨光亮，用水冲洗干净后待用。
2． 给电烙铁通电加热，待电烙铁尖端呈红色时，蘸少许焊油且接触焊锡丝待焊锡丝熔化后，将带塑料套圈的铜杆焊在金属试样上。
3． 将锯好的5mm厚的塑料套圈打磨平整待用。
4． 称取100g环氧树脂于烧杯中，再称取5～8g固化剂乙二胺也倒入该烧杯中，用玻璃棒搅拌10min，然后把塑料圈放在光滑的玻璃板上，将金属试样放在塑料圈内中央部分。
5． 把配制好的环氧树脂倒入摆好金属试样的塑料圈内。 6． 24h固化好金属试样可以进行磨制、抛光。 四、 注意事项
1． 焊接金属试样时，因电烙铁尖端部位的温度最高，要用尖端部位进行焊接。焊接时，要先在金属试样上焊上点焊锡丝，再将铜杆尖端也焊上些锡丝，然后把2个锡点进行焊接，这样，即容易焊上又容易焊牢。
2． 不要触摸电烙铁及金属部分，以免烫伤。
实验2 恒电位法测定阳极极化曲线
一、 目的
1． 了解金属活化、钝化转变过程及金属钝化在研究腐蚀与防护中的作用。 2． 熟悉恒电位测定极化曲线的方法。
3． 通过阳极极化曲线的测定，学会选取阳极保护的技术参数。 二、 基本原理
测定金属腐蚀速度、判断添加剂的作用机理、评选缓蚀剂、研究金属的钝态和钝态破坏及电化学保护，都需测量极化曲线。
测量腐蚀体系的极化曲线，实际就是测量在外加电流作用下，金属在腐蚀介质中的电极电位与外加电流密度（以下简称电密）之间的关系。
阳极电位和电流的关系曲线称为阳极极化曲线。为了判断金属在电解质溶液中采用阳极保护的可能性，选择阳极保护的三个主要技术参数–––致钝电密、维钝电密和钝化电位（钝化区电位范围）。必须测定阳极极化曲线。
测量极化曲线的方法可以采用恒电位和恒电流两种不同方法。以电密为自变量测量极化曲线的方法叫恒电流法，以电位为自变量的测量方法叫恒电位法。
一般情况下，若电极电位是电密的单值函数时，恒电流法和恒电位法测得的结果是一致的。但是如果某种金属在阳极极化过程中，电极表面壮态发生变化，具有活化/钝化变化，那么该金属的阳极过程只能用恒电位法才能将其历程全部揭示出来，这时若采用恒电流法，则阳极过程某些部分将被掩盖，而得不到完整的阳极极化曲线。
在许多情况下，一条完整的极化曲线中与一个电密相对应可以有几个电极电位。例如，对于具有活化/钝化行为的金属在腐蚀体系中的阳极极化曲线是很典型的。由阳极极化曲线可知，在一定的电位范围内，金属存在活化区、钝化过渡区、钝化区和过钝化区，还可知金属的自腐蚀电位（稳定电位）、致钝电密、维钝电密和维钝电位范围。
用恒电流法测量时，由自腐蚀电位点开始逐渐增加电密，当达到致钝电密点时金属开始钝化，由于人为控制电密恒定，故电极电位突然增加到很正的数值（到达过钝化区），跳过钝化区，当再增加电密时，所测得的曲线在过钝化区。因此，用恒电流法测不出金属进入钝化区的真实情况，而是从活化区跃入过钝化区。 碳钢在NH4HCO3-NH4OH中就是在阳极极化过程中由活化态转入钝态的。用恒电位法测定其阳极极化曲线，正是基于碳钢在NH4HCO3-NH4OH体系中有活化/钝化转变这一现象，并可对设备进行阳极保护。
三、 仪器及用品
恒电位仪 极化池 饱和甘汞电极 铂金电极 A3 钢电极 粗天平
量筒 1000mL；100 mL 烧杯 1000 mL 温度计 电炉
NH4HCO3及NH3·H2O, 无水乙醇棉，水砂纸。 四、 实验步骤 1． 溶液的配制
（1）烧杯内放入700 mL去离子水，在电炉上加热到40℃左右，放入160g NH4HCO3 ，搅拌均匀，然后加入65 mL浓NH3·H2O 。 （2）将配制好的溶液注入极化池中。 2． 操作步骤
（1）用水砂纸打磨工作电极表面，并用无水乙醇棉擦试干净待用。
（2）将辅助电极和研究电极放入极化池中，甘汞电极浸入饱和KCl溶液中，用盐桥连接二者，盐桥鲁金毛细管尖端距离研究电极1～2mm左右。按图1连接好线路并进行测量。 （3）测A3 钢在NH4HCO3-NH4OH体系中的自腐蚀电位约为-0.85V,稳定15min，若电位
偏正，可先用很小的阴极电流（50μA/cm2左右）活化1～2min再测定。 外恒电位仪 接 数学电压表 测量公 研 参 辅
1
5
2 3
图1 恒电位极化曲线测量装置
1盐桥；2辅助电极；3研究电极；4参比电极；极化池
4
（4）调节恒电位（从自腐蚀电位开始）进行阳极极化，每隔2min增加50mV，并分别读取不同电位下相应的电流值，当电极电位达到+1.2V左右时即可停止试验。
五、 结果及数据处理
1． 求出各点的电密，添入自己设计的表格。
2． 在半对数坐标纸上用所得数据作E—lgi曲线。
3． 指出碳钢在NH4HCO3-NH4OH中进行阳极保护的三个基本参数。 六、 思考题
1． 阳极极化曲线对实施阳极保护有何指导意义？
2． 极化曲线测量对研究电极、辅助电极、参比电极和盐桥的要求是什么？
实验3 塔菲尔直线外推法测定金属的腐蚀速度
一、 目的
1． 掌握塔菲尔直线外推法测定金属腐蚀速度的原理和方法。
2． 测定低碳钢在1MHAc+1MNaCl混合溶液中腐蚀电密ic 、阳极塔菲尔斜率 ba和阴极塔菲尔斜率 bc 。
3． 对活化极化控制的电化学腐蚀体系在强极化区的塔菲尔关系加深理解。 4. 学习用恒电流法绘制极化曲线。
二、 实验原理
金属在电解质溶液中腐蚀时，金属上同时进行着两个或多个电化学反应。例如铁在酸性介质中腐蚀时，Fe上同时发生反应：
Fe → Fe2+ +2e 2H+ +2e → H2
在无外加电流通过时，电极上无净电荷积累，即氧化反应速度ia等于还原反应速度ic ,并且等于自腐蚀电流Icorr ,与此对应的电位是自腐蚀电位Ecorrr 。
如果有外加电流通过时，例如在阳极极化时，电极电位向正向移动，其结果加速了氧化反应速度ia 而拟制了还原反应速度ic ,此时，金属上通过的阳极性电流应是：
Ia = ia -|ic| = ia + ic
同理，阴极极化时，金属上通过的阴极性电流Ic也有类似关系。 Ic = -|ic| + ia = ic + ia 从电化学反应速度理论可知，当局部阴、阳极反应均受活化极化控制时，过电位（极化电位）η与电密的关系为：
ia =icorrepx(2.3η/ba) ic = - icorrexp(-2.3η/bc)
所以 Ia =icorr[exp(2.3η/ba)- exp(-2.3η/bc)] Ic = -icorr[exp(-2.3η/bc)- exp(2.3η/ba)
当金属的极化处于强极化区时，阳极性电流中的ic和阴极性电流中的ic 都可忽略，于是得到：
Ia =icorrexp(2.3η/ba) Ic =-icorrexp(-2.3η/bc) 或写成： η =-balgicoor+balgia η = -bclgicorr+bclgic
可以看出，在强极化区内若将η对lgi作图，则可以得到直线关系[见《热力设备腐蚀与腐蚀》p257Fig.14—12（a）]。该直线称为塔菲尔直线。将两条塔菲尔直线外延后相交，交点表明金属阳极溶解速度ia与阴极反应（析H2）速度ic相等，金属腐蚀速度达到相对稳定，所对应的电密就是金属的腐蚀电密。
实验时，对腐蚀体系进行强极化（极化电位一般在100～250mV之间），则可得到E–lgi的关系曲线。把塔菲尔直线外延至腐蚀电位。lgi坐标上与交点对应的值为lgic ,由此可算出腐蚀电密icorr 。由塔菲尔直线分别求出ba和bc 。 影响测量结果的因素如下：
（1）体系中由于浓差极化的干扰或其他外来干扰；
（2）体系中存在一个以上的氧化还原过程（塔菲尔直线通常会变形）。故在测量为了能获得较为准确的结果，塔菲尔直线段必须延伸至少一个数量级以上的电流范围。
三、 仪器和用品 恒电位仪 数字电压表 磁力搅拌器 极化池
铂金电极（辅助电极） 饱和甘汞电极
A3钢电极（研究电极），工作面积1cm2 Zn电极（研究电极） 粗天平
秒表
量筒 1000mL, 50mL
烧杯 2000mL， 1000mL
HAc ，NaCl，无水乙醇棉，水砂纸 介质为1MHAc+1MNaCl混合溶液 四、 实验步骤
1． 配制1MHAc+1MNaCl溶液
2． 将工作电极用水砂纸打磨，用无水乙醇棉擦洗表面去油待用。
3． 将研究电极、参比电极、辅助电极、盐桥装入盛有电解质的极化池，盐桥毛细管尖端距研究电极表面距离可控制为毛细管尖端直径的两倍。
4． 按附录2“PS-1型恒电位/恒电流仪使用方法”连接好线路进行测量。 5． 测量时，先测量阴极极化曲线，然后测量阳极极化曲线。 6． 开动磁力搅拌器，旋转速度为中速，进行极化测量。
7． 先记下i = 0时的电极电位值，这是曲线上的第一个点，先进行阴极极化。分别以相隔10s的间隔调节极化电流为-0.5、-1、-2、-3、-4、-5、-10、-20、-30、-40、-50、-60mA，并记录对应的电极电位值，迅速将极化电流调为零，待电位稳定后进行阳极极化。此时应分别调节极化电流为0.5、1、2、3、4、5、10、20、30、40mA，并记录对应的电极电位值。应注意，极化电流改变时，调节时间应快，一般在5秒之内完成，实验结束后将仪器复原。 五、 结果处理
1． 将实验数据绘在半对数坐标纸上。
2． 根据阴极极化曲线的塔菲尔线性段外延求出锌和碳钢的腐蚀电流，并比较它们的腐蚀速度。
3． 分别求出腐蚀电密ic、阴极塔菲尔斜率bc和阳极塔菲尔斜率ba。
六． 思考题
1． 从理论上讲，阴极和阳极的塔菲尔线延伸至腐蚀电位应交于一点，实际测量的结果如何？为什么？
3． 如果两条曲线的延伸线不交于一点，应如何确定腐蚀电密？
实验4 失质法测定金属的腐蚀速度
一、 目的
1． 掌握某些因素如介质及其浓度、缓蚀剂等对金属腐蚀速度的影响。 2． 掌握质量法测定金属腐蚀速度的方法。 二． 原理
使金属材料在一定条件下（温度、压力、介质浓度等）经腐蚀介质作用一定时间后，比较腐蚀前后该材料的质量变化从而确定腐蚀速度。
对于均匀腐蚀，根据腐蚀产物易除去与否可分别采用失质指标和增质指标来表示腐蚀速 度。
失质指标V-为：
m?m1V??0St 增质指标V+为：
式中：S 试样面积，m2； t 试验时间, h；
m2?m0St m0 腐蚀前试样的质量, g ；
m1 腐蚀后试样的质量（清除腐蚀产物后），g ； m2 腐蚀后试样的质量（清除腐蚀产物前）, g ；
对于均匀腐蚀，很易将以上腐蚀速度指标换算成以深度指标Vt表示的腐蚀速度：
V??Vt?V???24?365V?8.67??1000?式中：ρ 金属的密度，g/cm3
质量法适于室内外多种腐蚀实验，可用于材料的耐蚀性能评定、选择缓蚀剂、改变工艺条件时检查防腐效果等。本实验是碳钢在敞开的酸溶液中的全浸实验，用质量法测定其腐蚀速度。
金属在酸中的腐蚀一般是电化学腐蚀。酸类对金属的腐蚀规律主要取决于酸的氧化性。非氧化性酸，如盐酸，其阴极过程是氢去极化过程；氧化性酸，其阴极过程则主要是氧化剂的还原过程。但我们不可能把酸类截然分成氧化性酸和非氧化性酸，例如，当HNO3 比较稀时，碳钢的腐蚀速度随酸浓度的增加而增加，是氢去极化腐蚀，当HNO3 浓度超过30%时，碳钢的腐蚀速度迅速下降，HNO3 浓度达到50%时，碳钢的腐蚀速度最小，此时碳钢在HNO3 中腐蚀的阴极过程是：
- - NO3+ 2H+ + 2e →NO2 +H2O
酸中加入适量缓蚀剂能阻止金属腐蚀或降低金属腐蚀速度。 三、 仪器与药品
钢印、锒头、游标卡尺、毛刷、干燥器、分析天平、烧杯、量筒、搪瓷盘、温度计、电炉、玻璃棒、镊子、滤纸、尼龙丝。
丙酮、去离子水、20%H2SO4 、20%H2SO4 +硫脲10g/L、 20%NHO3 、60%NHO3 、 12%HCl+1%～2%六次甲基四胺。 四、 实验步骤与内容 1． 试样的准备
（1）A3 碳钢试样，其尺寸为50×25×（2～3）mm 。且打磨试样。 （2）用钢印给试样编号，以示区别。
（3）用游标卡尺准确测量试样尺寸，计算出试样面积，记录数据。
（4）试样表面除油，先用毛刷、软布在流水中清除其表面残屑、油污，再用丙酮清洗后用滤纸吸干。如此处理的试样避免再用手摸，应用干净纸包好，于干燥器中干燥24h 。
（5）将干燥后的试样放在分析天平上称重，精确到0.1mg，称重结果记录在表1内。 2． 腐蚀实验
（1）分别量取800mL下列溶液； 20%H2SO4
20%H2SO4 +硫脲10g/L 20%NHO3 60%NHO3
将其分别放在4个1000 mL干净烧杯中。 （2）将试样按编号分成四组（每组2片），用尼龙丝悬挂，分别浸入以上4个烧杯中。
试样要全部浸入溶液，每个试样浸泡深度要求一致，上端应在液面以下20mm 。
（3）自试样进入溶液时开始记录腐蚀时间，半小时后，把试样取出，用水清洗。 3． 腐蚀产物的去除
腐蚀产物的清洗原则是应除去试样上所有的腐蚀产物，而只能去掉最小量的基本金属。去除腐蚀产物的方法有机械法、化学法及电化学法。该实验采用机械法和化学法。
（1）机械法去除腐蚀产物。若腐蚀产物较厚可先用竹签、毛刷、橡皮擦净表面，以加速除锈过程。
（2）化学法除锈。化学法除锈常用的试剂很多，对于铁和钢来说主要有以下几种配方： a. 20% NaOH + 200g/L锌粉，沸腾5min ,直至干净。 b. HCl + 50g/L SnCl2 + 20g/L SnCl3 。
c. 12% HCl + 0.2% As2O3 + 0.5% SnCl2 + 0.4%甲醛，50℃，15～40min 。 d. 10% H2SO4 + 0.4% 甲醛,40～50℃，10min 。 e. 12% HCl + 1%～2% 乌洛托品，50℃或常温。 f. 饱和NH4Cl + NH3H2O，常温，直至干净。
本实验采用试剂为配方e ，该法空白小，除锈快，经除锈后样品表面稍发黑。 （3）除净腐蚀产物后，用水清洗试样（先用自来水后用去离子水），再用丙酮擦洗、滤纸吸干表面，用纸包好，于干燥器内干燥24h。将干燥后的试样称重，结果记录在表2中。 五、 实验结果的评定 1． 定性评定方法
（1）观察金属试样腐蚀后的外形，确定腐蚀是否均匀，观察腐蚀产物的颜色、分布情况及其与金属表面结合是否牢固。
（2）观察溶液颜色是否变化，是否有腐蚀产物的沉淀。 2． 定量评定方法
若腐蚀是均匀的，可依上述公式计算V- ，并可换算成腐蚀深度。根据下式计算20% H2SO4 加硫脲后的缓蚀率G ：
V?V'G??100%V式中：V 未加缓蚀剂时的腐蚀速度； V’’ 加缓蚀剂时的腐蚀速度
六、 思考题
1． 为什么试样浸泡前表面要经过打磨？ 2． 试样浸泡深度对实验结果有何影响？
表1 试样称重结果记录 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 长（mm） 宽（mm） 厚（mm） 孔径（mm） 面积（mm2）
表2 试样测试结果记录 组别 腐蚀介编腐蚀时试样原重(g) 质 号 间（h） 一 二 三 四
1 2 3 4 5 6 7 8 腐蚀后重(g) 失重(g) 腐蚀速度(g/m2h) 腐蚀深度缓蚀(mm) 率(%) 实验5 线性极化法测定金属的腐蚀速度
一、 目的
1． 掌握线性极化仪的使用方法。 2． 掌握几种求塔菲尔常数的方法。
3． 了解线性极化技术测定金属腐蚀速度的原理。 二、 实验原理
对于活化极化控制的腐蚀体系，当自腐蚀电位Ecorr相距两个局部反应的平衡电位甚远时，极化电流ic外与电极电位E关系方程为：
对上式微分并经数学处理，可得到：
iC外?icorr{exp[2.3(E?Ecorr)2.3(Ecorr?E)]?exp[]}babc式中：Rp 极化阻力(Ω)；
d?cba?bc1RP?()??0??dic外ic外2.3(ba?bc) icorr 金属的腐蚀电密（A/cm2)；
ic外 极化电密(A/cm2)； Ecorr 金属的腐蚀电位（V）； dη 极化电位（V）；
ba 、bc 阳、阴极塔菲尔常数（V）
若令B?babc2.3(ba?bc) 则
icorr?BRp
此式为线性极化方程式。由此可知，腐蚀速度icorr与极化电阻Rp成反比，只要测得Rp和bc、ba后，就可求出金属的腐蚀速度。 三、 仪器和药品
线性极化仪、碳钢电极、烧杯、电极架、砂纸等， 若丁（二邻甲苯基硫脲）、乌洛托品、丙酮、酒精棉、硫酸 四、 实验步骤
1． 三电极体系准备 （1）焊接 （2）打磨 （3）计算面积 （4）清洗
2． CR-3型多功能腐蚀测量仪使用方法见附录1。 3． 实验溶液配制
（1）0.5MH2SO4 800mL
0.5MH2SO4分别加0.2, 0.5, 0.6, 0.8,1 .0, 1.2g乌洛托品溶液。 （2）0.5M H2SO4
0.5MH2SO4+1mg (NH2)2CS (硫脲) 0.5MH2SO4+若丁
0.5MH2SO4+0.5%乌洛托品溶液。
4. 分别测定各电极电位，选择电位差小于2mV的二个电极为工作电极和参比电极，另一电极为辅助电极。
5． 加极化电位±5mV，记录Δi5 或Rp 加极化电位±10mV，记录Δi10 或Rp 五、 结果处理
1． 计算或作图求出Rp
2． 选用以下ba 、bc数据计算icorr
塔菲尔常数（20℃，mV） ba bc 0.5M H2SO4 54.4 112.1 0.5MH2SO4+1mg(NH2)2CS 91.1 121.2 0.5MH2SO4+若丁 76.3 157.4 0.5MH2SO4+0.5%乌洛托品溶液 96.0 132.0 3. 比较几种缓蚀剂的缓蚀率。 六、思考题
1． 在什么条件下才能应用线性极化方程式计算金属腐蚀速度？ 2． 确定塔菲尔常数的方法有那些？
实验6 电位— pH图的应用
一、 目的
1． 学会应用电位— pH图。 2． 了解铁在0.1MNaHCO3溶液中的腐蚀情况，并对铁在此条件下进行阳极保护和阴极保护。
二、 原理
利用电位—pH图可直接判断在给定条件下氧化反应进行的可能性或进行反应所必须的电位—pH范围。
铁水体系的电位—pH图给出了铁及其氧化物稳定存在的平衡区域，也可用以估计铁在不同pH水溶液中进行阳极保护和阴极保护的条件。
如果对铁进行阳极极化，使其电位提高到钝化区，该区处在Fe2O3的稳定区，此种条件下铁表面生成一层Fe2O3 膜，铁由腐蚀状态进入钝化态，使铁的腐蚀速度大大减小而受到保护。如果对铁进行阴极极化，即将电位降到免蚀区，金属铁由腐蚀态转变为热力学稳定状态，使铁的腐蚀停止而得到保护。 三、 仪器和试剂
直流稳压电源 1台 数字稳压表 1台 毫安表 1个 极化池 2个 铂金电极 2个 饱和甘汞电极 2个 铁丝电极（φ=1.6mm,L=300mm） 8根 N2 ,O2
烧杯250～300mL(细长的) 1个 NaHCO3(0.1M, pH=8.4) 2L H2SO4(1M)
无水乙醇棉，乳胶管，弹簧夹，吹风机 四、 实验步骤 1． 制作电极
将L=40cm, φ=1.6mm的铁丝绕在φ=10mm金属棒上，尾部留出4mm用于与外线路连接，抽出金属棒后将铁丝圈拉成14cm长的弹簧形状。
2． 处理铁丝电极
将铁丝电极放入盛有1MH2SO4的细长烧杯中，待铁丝表面镀锌层全部溶解后（气泡析出量骤减）取出，用去离子水冲洗2次，再用酒精棉擦净待用。
3． 阳极腐蚀与保护
（1） 在两个极化池中分别注入500mL0.1MNaHCO3(pH=8.4),将4根处理好的铁丝电极编号并放入两个极化池中，按图2连接线路。向溶液中通N215min后即可测定自腐蚀电位。
K mA － ＋ C 1 2 3 4
图2 实验线路连接图
（2）合上开关K、C，将电源电压缓慢调至2.5V左右，观察电流下降的情况和各电极的反应现象（腐蚀产物颜色、气体析出量等），并作记录。待电流稳定后（降至5mA）测定各电极的电位。
（3）用玻璃棒轻敲电极4，使其表面附着物脱落，然后断开开关C，观察各电极的反应现象。15min后记下电流值并测定各电极的电极电位。
（4）断开开关K,停止通N2 ,取出电极，观察并记录各电极表面状态。
（5）将测得各电极的电位值与电位—pH图比较，确定出各电极处于什么区域（免蚀区、腐蚀区、钝化区）。
（6）解释各电极的反应现象，指出各电极的产物是什么？ 4． 阴极腐蚀与保护
（1）如前述，连接好实验线路。向极化池1中通O2 ，极化池2处于自然状态，15min后测定4个电极的自腐蚀电位。
（2）关闭开关K，开关C断开，调节电源电压（4.5V）,使极化池1中阴极的电极电位为-600mV(SCE), 观察并记录电流的变化情况和反应现象，测定各电极的电极电位。
（3）弹掉电极1上的反应产物，观察并记录各电极的反应现象（注意腐蚀产物的颜色、溶液的颜色、气体析出情况等）。
（4）将测得各电极的电位值与电位—pH图比较，确定各电极处于什么区域。 （5）解释实验现象，指出各电极上的产物是什么？ 五、 思考题
1． 根据电位—pH图，讨论在实验电位范围内有哪些电化学平衡反应。 2. 讨论各电极表面腐蚀产物及析出气体是什么？
3. 讨论如何对NaHCO3(pH=8.4)中的铁进行阳极保护和阴极保护。
实验7 动电位扫描法测定金属的阳极极化曲线
一、 目的
了解动电位扫描法测定阳极极化曲线的方法。 二、 原理
在测量阳极极化曲线时，动电位扫描法是准稳态方法，利用线性扫描电压信号控制恒电位仪的给定自变量，使其按照预定的程序以规定的速度连续线性变化，记录相应的信号，自动绘制极化曲线，即电位-电流关系曲线。
三、 仪器与用品
环氧树脂、铜丝、塑料管、砂纸、430不锈钢、试样、铂电极、甘汞电极、电解池、N2 、恒温水浴锅、恒电位仪、电位扫描仪、对数转换仪、x-y函数记录仪 四、 实验步骤 １． 样品制备
(1) 将10m2的试样四周用300#～600#砂纸打磨光滑。 (2) 将铜丝剪成适当长度，一端砸平，焊在试样上，用酒精棉、丙酮擦洗净并套上塑料管。 (3) 向环氧树脂中加入7%乙二胺（W/W），调匀后镶在试样上。24h凝固后可用 。 2． 作标准极化曲线
（1）将上述制备的样品工作面用300#～600#砂纸打磨光滑。 （2）配置1000mL0.5MH2SO4溶液。
（3）将配置好的溶液倒入极化池中，通N2除氧30min，温度为30℃左右。 （4）将工作电极、辅助电极、参比电极安装好放入电解池，稳定20min。
（5）按图３连线，检查无误后，打开各仪器电源，将恒电位仪置“参比”测量试样的自腐蚀电位Ecorr ,由电位扫描仪将电位预置到-0.5V,以10mV/min速度进行阳极极化，直到1.6V为止。将所测得的曲线与标准曲线相对照。
五、 思考题 1.影响测量阳极极化曲线的因素有哪些？
恒电位仪 电位扫描仪 X—Y记录仪 公 接对数 辅助 研参开外接 输出 究比端给定 X Y
输入
对数转换仪
输出 图3 极化曲线自动测量连线图 实验8 电偶腐蚀速度的测定
一、 目的
1． 掌握电偶腐蚀测试原理，了解不同金属或合金接触时组成的电偶对在介质中的电位序。
2． 了解在电偶腐蚀中阴、阳极面积比、溶液状态、pH值对腐蚀电流的影响。 3． 学会使用零阻电流表测定电偶电流的方法。 二、 原理
电偶法是快速测定金属腐蚀的方法。当两种不同金属在电解质中相接触时，由于其腐蚀
电位差异，形成电偶对，原腐蚀电位较负的金属成为电偶对的阳极而腐蚀速度增大，导致异金属接触处阳极金属侧局部腐蚀。
利用零电阻电流表，可测量浸入电解质中异金属电极之间流过的电流，此即该电偶对的电偶电流。根据电偶电流数值，可判断金属耐接触腐蚀性能。在此简介电偶电流与电偶对中阳极金属溶解电流及与阴/阳极面积比之间的关系。
１． 活化极化控制体系：电偶电流Ig可表示为电偶电位Eg处电偶对阳极金属上局部阳极电流Ia与局部阴极电流Ic之差：
Ig = Ia(Eg) -Ic(Eg) 通过推导可写成：
Eg?EcorrIg?Ia?Icorrexp(?)0.434bc式中：Ia 电偶对中阳极金属的真实溶解电流；
Ecorr 、Icorr 分别为该金属的自腐蚀电位和自腐蚀电流； bc 该金属的阴极塔菲尔常数。 对上式可考虑两种情况：
（1）Eg >>Ecorr ,即形成电偶对后阳极极化很大，Ig≈Ia ,此时电偶电流等于电偶对中阳极金属的溶解电流。
（2）Eg ≈Ecorr , 即形成电偶对后阳极极化很小，则Ig=Ia-Icorr ,此时电偶电流等于电偶对中阳极金属的溶解电流的增加量。
2． 扩散控制体系：若电偶对中阳极金属的腐蚀速度受氧化剂向金属表面的扩散速度所控制，且阴极金属仅起阳电极作用，此时电偶对中阳极金属的腐蚀电密等于阴极扩散电密，
ia =iL
由此可得电偶对中阳极金属的溶解电密ia 相对于阳极的电偶电流密度IgA与阴/阳极面积比的关系为：
SaiA?I?AScigEg?Ecorr?balgScSa
式中：Sa 电偶对中阳极金属的面积； Sc 电偶对中阴极金属的面积。
测量电偶电流不能用普通的安培表，要采用零电阻安培表的测试技术。目前已用晶体管运算放大器制作零阻安培表，也可利用零阻安培表的结构原理，将恒电位仪改接成测量电偶电流的仪器。
三、 仪器及用品
电偶腐蚀计 磁力搅拌器
铁（A3钢）电极
Cu电极、Zn电极、Al电极、Pt电极 烧杯 1000mL
量筒 1000mL 、5mL 有机玻璃支架
NaCl, HCl, NaOH, pH试纸，砂纸，无水乙醇棉，封蜡，毛笔等
四、 实验步骤
1． 将各电极用水砂纸打磨，无水乙醇去油，用封蜡涂封留下所需面积放入干燥器中待用。
2． 配制3%NaCl溶液，连接仪器线路。
3． 测各电极在3%NaCl溶液中自腐蚀电位，相对Pt甘汞电极，各电极面积相等。 4． 测定在3%NaCl溶液中下列电偶对的电位差及电偶电流：
Fe-Cu, Fe-Zn, Fe-Al, Al-Cu ,Al-Zn, Zn-Cu
5. 待电极的自腐蚀电位趋于稳定后测定各电偶对的电偶电流Ig随时间的变化情况直到电流比较稳定时为止。记录偶合电极相对于Pt电极的电位（最初几分钟，Ig 随时间变化较快，每0.5min或1min记录一次Ig 值，以后可以增大时间间隔）。 6． 改变Fe-Pt电偶对的阴/阳极面积比，测电偶电流：
（1）阴、阳极面积相等
（2）阴/阳极面积比为10:1（减小阳极面积）
（3）阴/阳极面积比为1:10（减小阴极面积）
7． 测Fe-Pt电偶对不同搅拌速度的电偶电流。静态、慢速、中速、快速。 8． 不同pH值时测电偶电流：
（1）加1mLHCl使溶液pH降至3。 （2）加0.5gNaOH使pH升至10。 五、 结果处理
1． 将所有测量数据记录成表。
2． 在同一张直角坐标纸上绘制出各组电偶电流Ig 对时间的关系曲线。
3． 根据所测数据计算Fe-Pt电偶对中不同面积比、不同pH值、不同搅拌速度时Fe的腐蚀速度（阴极过程为扩散控制）。
六、 思考题
1． 在扩散控制情况下，阴、阳极面积变化对电偶电流有何影响？ 2． 在什么条件下电偶电流等于自腐蚀电流？
实验9 闭塞电池腐蚀模拟实验
一、 目的
加深对孔蚀、缝隙腐蚀及SCC等局部腐蚀发展过程机理的理解。 二、 原理
对于孔蚀，孔内金属表面处于活化态，电位较负，孔外金属表面处于钝化态，电位较正。于是孔内、外构成一个活态-钝态的微电偶腐蚀电池。
孔内反应为： M → M n++ ne
- 孔外反应为： O2 + 2H2O + 4e → 4OH
二次腐蚀产物M(OH)n在孔口生成，无多大保护作用。孔内介质相对于孔外介质呈滞留状态，M n+不易向外扩散，O2也不易扩散进去。由于孔内M n+浓度增加，Cl-迁入以维持电中性，孔内形成了MCln的浓溶液，又由于MCln的水解，使孔内H+浓度增加，pH值降低，加快金属阳极溶解速度。这就是自催化过程。基于上述原理，采用外加极化的方法，在一带有小空的管壮玻璃筒内插入金属铝片，铝片与外电路阳极相接，小孔用瓷质隔膜或半透膜与筒外溶液隔离，筒外插入大面积铝片，铝片与外电路阴极相接，通过强制极化来模拟闭塞腐蚀电池的腐蚀过程。
三、 实验步骤
1． 配制5%（W/W）的NaCl溶液，将铝试片用金相砂纸打磨后用乙醇、丙酮擦洗干净备用。
2． 实验装置及与恒电位仪的连接见附录２“PS—1型恒电位/恒电流仪的使用方法”。 3． 测定极化前孔内外pH值及铝片的自腐蚀电位（甘汞电极插入玻璃筒后应去掉其上部的橡皮塞）。
4． 采用恒电流法以电流密度为1mA/cm2阳极电极极化2h，每隔20min记录一次电极电位值以及测定一次孔内外的pH值，同时观察筒内外溶液状态的变化。具体步骤为： （1）测量出研究电极面积，以此计算出极化时所需电流强度。
（2）检查实验装置及线路连接无误后，将恒电位仪的“工作选择”开关置于“恒电流”挡，“电流量程”开关置于“最小”挡，即100μA挡，将“电源开关”先置于“自然”，待测定自腐蚀电位后，再置于“极化位置”。调节恒电流粗、细旋钮，使电流表指针指在零点。再根据实验所需电流强度值将“电流量程”开关置于相应数值挡。调节恒电流粗、细旋钮，使电流表指针指在所需值位置上（电流表零点右边为阳极电流，左边为阴极电流）。
5. 停止极化，15min后测定实验后铝片的自腐蚀电位，然后取出铝片，分别观察阴、阳极的表面状况。 四、 结果处理
1． 将极化后孔内、外的pH值变化及研究电极电位随时间的变化列表。 2． 比较上述实验结果并讨论之。 五、 思考题
1． 实验中，研究电极电位发生变化，且极化前后自腐蚀电位不同，为什么？ 2． 实验中，筒内pH值开始迅速下降，一定时间后几乎不再发生变化，为什么？
演示实验部分
实验1 腐蚀原电池
一、 目的
1． 了解腐蚀原电池的结构和作用及原电池工作过程中的电极反应。 2． 观察析H2腐蚀现象，观察微电池腐蚀与宏电池腐蚀的异同。
3． 不同金属相接触，由于构成电偶对，使阳极金属加速腐蚀，阴极金属得到保护。 二、 实验物品
工业锌片、铜片或铂片，0.2MHCl, 玻璃皿，丙酮棉，镊子，砂纸等。
三、 实验步骤及现象
1． 用砂纸打磨试样，丙酮棉擦净去油。
2． 将锌片和铜片或铂片分别放入盛有HCl的玻璃皿中，互不接触，观察到在锌片上有不少气泡从表面逸出。而铜片或铂片上无气泡逸出。
3． 将锌片与铜片或铂片相接触，观察到有大量H2气泡从铜片或铂片表面逸出，而锌片表面的气泡相对减少，并有黑色物质从锌片表面析出。 四、 现象分析与结论
1． 锌片在HCl中受腐蚀，构成腐蚀电池，阳极是工业锌片中大量的金属锌，在锌上发生氧化反应：
Zn → Zn2+ + 2e
Zn溶于HCl中。而阴极是工业锌片上的杂质如Cu、Fe、Fe7Zn等，阴极反应为： 2H+ + 2e → H2↑
由于锌片上的阴极性杂质的分布是随机的，且颗粒很小，肉眼无法辨别阴、阳极位置，它们可能瞬时发生变化，表现出整个锌片上都有H2气泡逸出。结果导致锌片全面腐蚀。又称之为微电池腐蚀。
2． 锌片和铂片相接触时，由锌片和铂片共同组成腐蚀宏电池。整个锌片为阳极，铂片为阴极，锌片上发生阳极反应： Zn → Zn2+ + 2e 铂片上发生阴极反应：
2H+ + 2e → H2↑
同时，锌片上的微电池腐蚀反应仍继续发生。故锌片既受自身的微电池腐蚀，又加上锌-铂组成的宏电池的腐蚀，所以锌片的腐蚀加剧。
从以上现象看不仅在锌片上有少量H2气泡逸出，铂片上也有大量H2气泡逸出。生成H2气泡的量增多说明锌片腐蚀的量增加。结论是与电位较高的金属相接触，电位较低的金属腐蚀加剧。
3． 组成腐蚀原电池需要以下几个要素： （1）阳极和阳极反应； （2）阴极和阴极反应；
（3）电解质溶液中存在能够吸收电子的氧化剂；
（4）存在电子通道，使阳极反应生成的电子能够流畅流向阴极。 以上几个要素缺一不可。某一环节受阻就会使腐蚀原电池停止工作。 4． 酸性溶液中，金属主要遭受析氢腐蚀。 五、 思考题
1． 原电池与电解池的区别是什么？ 2． 微电池与宏电池的区别是什么？
实验2 原电池的极化
一、 目的
了解有电流通过电池时，电极电位发生变化，阳极电位变正，阴极电位变负。结果使电池的电位差减小。在电池的电阻不变时，使通过电池的电流减小，这种现象叫电池的极化。腐蚀原电池发生极化时，使腐蚀电流减小。人们利用电池的极化特性，尽量加大极化，达到降低腐蚀电流的目的。
若极化前后电池的电阻不变，则有极化后腐蚀电流减小。即
(Icorr??Ei?i?Ei?0)?(I?)RR 二、 实验物品
Cu片试样，Zn片试样，3.5%NaCl溶液。 导线，开关，指针式万用表 烧杯等
三、 实验步骤及现象
1． 用砂纸打磨好Zn电极和Cu电极。
2． 将Zn电极和Cu电极分别插入溶液中，用导线接通电流表。同时观察电流表指针的变化。接通电路的瞬间，回路中电流有一最大值，很快电流变小并稳定在一个定值。最大值与稳定值的电流之差可以是几倍乃至几十倍。 四、 现象分析与结论
1． 刚接通回路的瞬间，即电极还未极化时，通过电池的电流为：
?Ei?0R电流表指针偏离较大。由于电流Ii=0流过电池使阴阳极分别产生极化，阳极电位升高，阴极电
Ii?0?位降低。结果使电池电动势减小为ΔEi=i ,此时通过电池的电流降为：
Ii?i??Ei?iR小于原来的 Ii=0 。
2． 电池极化后电流减小到一个稳定值。该电流就是该腐蚀电池的腐蚀速度的度量，它是以溶解金属锌放出电子，供给阴极进行还原反应来实现的。在中性NaCl溶液中，阴极反应为吸氧反应：
- O2 + 2H2O + 4e → 4OH
3． 由于电池的极化可以减小腐蚀速度应想办法增加电池的极化，以减轻腐蚀。 五、 思考题
1． 分析电池是怎样极化的，原因何在？
2. 所有电池的极化都是有益的吗？
实验3 钢在硝酸中的钝化
一、 目的
1． 观察钢在稀HNO3中的活性溶解，了解阳极和阴极反应式。 2． 观察钢在浓HNO3中的钝化，使腐蚀速度降低几个数量级。 3． 了解钝化现象在一定程度上，一定条件下可以保持。 二、 实验物品
钢铁试样若干片，20%、40%、60%的HNO3溶液，塑料绳，烧杯，1MHCl溶液等 三、 实验步骤及现象
1． 用塑料绳系好四片试样。二片分别放入20%、40%的HNO3溶液中，另二片分别
放入60%的HNO3溶液中，在20%、40%的HNO3溶液中试样反应剧烈，有黑色沉淀溶入溶液和棕黄色浓烟冒出，在60%的HNO3溶液中的二片试片无任何反应发生。
2． 将60%HNO3溶液中的一片试片取出，再放到20%HNO3溶液中，看到该试片也不与溶液反应，而放入另一片钝化过的试样在1MHCl溶液中，该试样表面发生腐蚀反应，有气泡冒出。
四、 现象分析及结论
1． 在20%的HNO3溶液中试样发生剧烈活性溶解反应 阳极反应：Fe →Fe2+ + 2e
- 阴极反应：2H+ + NO3 + e →NO2↑+ H2O
此时阴极反应不是析H2反应，其原因是由于析H2反应的电极电位低于N5+还原成N4+的电极电位。
2． 在60%的HNO3溶液中试样被钝化，生成一层表面膜（氧化膜或钝化膜）可能是发生如下反应的结果：
3Me +3H2O →Me2 O3 +6H+ +6e
这层氧化膜很薄且致密，有效地隔离了金属与介质的接触，使阳极反应受到阻滞。表面膜在介质中难溶，金属获得很好的耐蚀性。腐蚀速度可降低105-6倍。试样在浓HNO3中获得钝性的原因，是由于浓HNO3的强氧化性，使NO3-去极化反应的平衡电位很高，有Ec > Epp 。见图4。由于强烈的阴极去极化反应，阴极还原电流在E = Epp时大于金属阳极的致钝电流，即： ic > ipp ,金属的腐蚀电位Ecorr 落在钝化区，金属获得钝性，这称为自钝化。
3． 经钝化的金属试样，能够保持钝性，再放到稀HNO3溶液中不会发生活性溶解，但如果将钝化膜破坏，则不能保持钝态，金属又会遭受强烈的腐蚀。如放在HCl溶液中，钝化膜受到Cl-的破坏，钝化膜出现孔洞，未能自行修补的话，金属就会失去钝性。 五、 思考题
金属自钝化的条件是什么？ +E
Ec
Ecorr
Epp
ip ic ipp i
图4 阳极钝化曲线示意图
实验4 缓蚀剂的缓蚀效果
一、 目的
观察和了解在腐蚀介质中加入一定量缓蚀剂对抑制金属腐蚀的效果。 二、 实验物品
低碳钢试样，烧杯，镊子，塑料绳，玻璃棒，丙酮棉，砂纸， 2%六次甲基四胺，12%HCl溶液 三、 实验步骤及现象
1． 将试样用砂纸打磨，用丙酮脱脂、干燥。
2． 将配好的HCl溶液倒入玻璃皿内，用镊子放入试样并观察现象。
3． 5min后滴入缓蚀剂，观察现象。 四、 现象分析及结论
1． 在HCl中低碳钢试样发生析H2腐蚀，放出H2 。 2． 在HCl中加入缓蚀剂，抑制了碳钢的腐蚀。
3． 六次甲基四胺是一种缓蚀剂，加入腐蚀介质中可以抑制和降低金属的腐蚀速度。 4． 该缓蚀剂的缓蚀作用是由于在金属表面生成一层吸附性保护膜，防止了介质的侵蚀。
5． 在HCl溶液中，六次甲基四胺是一种阴极性缓蚀剂，抑制了阴极反应。减轻了腐蚀，其反应如下：
(CN2)6N4 + 6H2O + 4HCl = 6HCHO + 4NH4Cl
五、 思考题
在什么条件下采用缓蚀剂比较好？使用缓蚀剂需注意什么问题？
实验5 阴极保护—牺牲阳极法
一、 目的
了解牺牲阳极法阴极保护的原理。 二、 实验物品
0.1MHCl溶液，烧杯，碳钢片，Zn片，高阻电子mV计（或数字电压表如PZ26）,甘汞电极，导线，夹子等。 三、 实验步骤及现象
1． 砂纸打磨试样、洗净、去脂、干燥。 2． 在盛有0.1MHCl溶液的二个烧杯中，分别放入碳钢片和Zn与碳钢相连的碳钢片，
可看到碳钢片上面有气泡逸出，与Zn相连的碳钢片上也有气泡逸出。
3． 分别在放入后的20min和1h后，直接测量试样相对于甘汞电极的电极电位。 四、 现象分析与结论
1． 在HCl中碳钢试样发生析H2腐蚀，碳钢表面逸出H2气泡,碳钢本身既是阳极又是阴极，发生全面腐蚀。与Zn相连的碳钢片与Zn组成宏电池，Zn为阳极发生活性溶解，碳钢为阴极发生析H2反应，表面不被腐蚀。
2． 在电位测量中可知，碳钢的电位为其腐蚀电位。Zn与碳钢连接后，Zn电极为阳极，电位极化升高，碳钢电极为阴极，电位极化降低，最后的腐蚀电位落在碳钢电极与锌电极之间的一个数值上。
该腐蚀电位低于单个碳钢的腐蚀电位，若此腐蚀电位低于碳钢的阳极溶解反应的标准电位-0.44V,则认为碳钢被完全保护。腐蚀电位稍高于-0.44V时认为碳钢被部分保护。起保护作用都是以锌的腐蚀溶解为代价。 五、 思考题
金属怎样才能得到阴极保护？
附录1. CR-3型多功能腐蚀测量仪的使用方法
CR-3型多功能腐蚀测量仪是一台基于线性极化技术原理和电偶腐蚀原理的新型腐蚀测量仪，它可用于：
①腐蚀速度测量（线性极化法和弱极化法）； ②电偶电流测量； ③电偶电位测量 ； ④自腐蚀电位测量；
⑤各种恒电位条件下的极化测量； ⑥数字电表测量直流电流和直流电压 该仪器可用于评定金属耐蚀性、评价缓蚀剂、检验环境腐蚀性、测定牺牲阳极输出电流，用于工业设备腐蚀监测和装备阴极保护监测车，用于腐蚀研究、腐蚀失效分析及防腐设计等。 CR-3型多功能腐蚀测量仪可自动跟随自腐蚀电位。具有极化电位范围宽和电流测量
范围大、控制精度高、工作性能稳定、使用简便以及体积小、重量轻等特点。该仪器采用三位半数字表显示测量值，并备有模拟量和数字量输出接口，可供连接记录仪、打印机和计算机使用，进行自动记录和数据处理，还备有直流电源插孔，可在野外或无交流电源供电的条件下使用。
1． 前面板元件功能说明
CR-3型多功能腐蚀测量仪的前面板元件结构如图5所示。
（1） 电极输入：线性极化测量和电偶测量时分别按表３接测量电极。
表３ 电极接线说明 电极输入导线 黄色 红色 兰色 线性极化测量 工作电极(W) 辅助电极(A) 参比电极(R) 电偶测量 电极Ⅰ 电极Ⅱ 参比电极
（2） 极化值：线性极化测量时，给定极化电位ΔE选择。
（3） 量程：用于线性极化测量和电偶测量时切换电流量程或电位量程选择。 4 3 2
CR—3型多功能腐蚀测量仪 极化
5 量程 极化值 采样
1
IA IC IA/C Ig Ek Eg 测量 电极输入 工作选择 校准 6
7
图5. CR-3型多功能腐蚀测量仪前面板元件结构图
（4） 数字显示屏：最大显示值为1999。电流测量时，“-”为阴极化数据，无符号（即“+”） 为阳极化数据；电位测量时，显示值为参比电极相对于工作电极的电位（注意：其符号与电化学理论中习用的“研究电极相对于参比电极的电位”的符号相反）。测量值超出显示范围时，数字全暗，改换量程即可重新显示。
（5） 指示灯：指示线性极化测量时仪器逻辑工作的极化时间（红灯）和采样时间（绿灯），电偶测量和自腐蚀电位测量时指示灯不变。
（6） 工作选择：可供选择线性极化测量时的阳极化(A)、阴极化(C)和阳/阴极交替极化(A/C)以及自腐蚀电位（Ek=Ecorr）测量；电偶测量时的电极Ⅰ或电极Ⅱ的自腐蚀电位(Ek)、电偶电位(Eg)和电偶电流(Ig)。
（7） 校准/测量：按下此键为校准状态，内部输入端与测量电极断开，接入一1KΩ标准电阻，可进行模拟极化状态下的校准，此键弹出时为测量状态。
2． 后面板元件功能说明
CR-3型多功能腐蚀测量仪的后面板元件结构如图6所示。
11
10 开 关 9 北京中腐防蚀科技发展公司 机号 出厂日期 编号 调零 Ⅰ Ⅱ 数 据 输 直流输出 E I 6V 0.5A 8
AC 220V 12
13 14 15 图6. CR-3型多功能腐蚀测量仪后面板元件结构图
（8） 电源插孔：交流220V输入 （9） 电源开关
（10） 调零Ⅱ：电压调零 （11） 调零Ⅰ：电流调零
（12） 数据输出：BCD代码数字打印输出，可接中腐防蚀科技发展公司产品CR-5 型数字打印机及其他型号打印机，可用于线性极化测量时极化电流和电偶腐蚀测量时电偶电流、电偶电位及自腐蚀电位测量的自动打印记录。本仪器数据输出为串行输出，接线图如图7所示。
个 拾 佰 千
位 位 位 位 1 2 4 8 a.接地
b.打印指令
c.接地为十位小数点
d.接地为佰位小数点
e.接地为?A
f.高电平为千位小数点
a b c d e g.高电为mA
f f g
图7. 打印输出接线说明
（13） 直流输出：即模拟信号输出，接记录仪。E输出为电偶电位的输出端，I输出为极化电流或电偶电流Ig的输出端。 （14） 6V插孔：直流6V输入 （15） 0.5A电源保险丝 3． 线性极化测量
（1） 把电极插头插入“电极输入”插孔（1），按表3连接待测的三电极系统。 （2） 接通电源，数码管亮，预热15min 。 （3） 置“量程”（3）于2V挡，按下“Ek”键，数字显示值即为参比电极相对于工作电极的自腐蚀电位。负值表示工作电极电位高于参比电极电位，正值反之（注意：其符号与电化学理论中习用的“研究电极相对于参比电极的电位”的符号相反）。 （4） 根据测量所需选择极化值和极化方向，调整“量程”（3）至合适的电流量程范围。此时仪器内部按设计逻辑自动进行，首先经过约32s的自腐蚀电位跟随时间，然后开始恒电位极化（红灯亮），在极化过程结束前定时采样（绿灯亮），数字显示该次极化的测量电流值，并一直保持到下一个极化周期的采样时刻。 4． 电偶腐蚀测量
（1） 把电极插头插入“电极输入”插孔（1），按表3连接待测的三电极系统。根据测量所需，电极Ⅰ和电极Ⅱ可以互换。
（2） 接通电源，数码管亮，预热15min 。 （3） 置“量程”（3）于2V挡，按下“Ek”键，数字显示值即为参比电极相对于电极Ⅰ的自腐蚀电位。
（4） 按下“Eg”键，电偶对（电极Ⅰ和电极Ⅱ）自动短路偶接，此时数字显示值为参比电极相对于该电偶对的混合电位，即电偶电位。注意电位符号。
（5） 按下“Ig”键，调整“量程”至合适的电流量程范围，数字显示值为该电偶对中流过的零电阻电流，即电偶电流。 5． 直流电压和直流电流测量
CR-3型多功能腐蚀测量仪可用作数字电表，测量直流电压和直流电流。
（1） 直流电压测量：将工作电极夹和参比电极夹分别接到待测直流电压两端，接通电源，置“量程”（3）于2V挡，按下“Ek”键，数字显示值即为该电压值。
（2） 直流电流测量：将工作电极夹和参比电极夹分别接到待测直流电流两端，接通电源，置适当“量程”，按下“Ig”键，数字显示值即为该电流值。
附录2. PS-1型恒电位/恒电流仪的使用方法
PS-1型恒电位/恒电流仪是一种重要的腐蚀检测和电化学测量仪器。在电极过程动力学分析、电解、电镀、金属相分析、金属腐蚀速度测量和各种腐蚀与防腐蚀研究及电化学保护参数测试等方面具有广泛用途。可以独立使用，也可辅以X-Y记录仪、直流示波器、对数转换器、信号发生器等进行多种动态和静态、暂态和稳态的实验测量。其电位与电流测量分别由两组三位半数字表显示，控制精度高，响应速度快，技术性能稳定可靠。 一、仪器面板元件结构
1． 前面板元件结构功能说明
PS-1型恒电位/恒电流仪的前面板元件结构如图8所示。
3 PS—1 型恒电位/恒电流仪 20mA 2mA 200mA 2A 4 参比给定 恒电恒电电流校准 电流量程 2
粗调 恒电细调 给定电流 粗调 恒电细调 给定电流 5 调零 通 断 电极输入 中腐公司制造 8 6 7 9 10 11 12 13 1
图8. PS-1型恒电位/恒电流仪前面板元件结构图
(1) 电极输入：恒电位或恒电流测量时均应按表4连接测量电极。
表4 测量电极接线说明 电极输入夹头 绿/白双线 红线 兰线 恒电位/恒电流测量 研究电极 辅助电极 参比电极
注意：研究电极（又称工作电极）为双线输入，一根为电流线，一根为电位线，这是为了避免导线上流过电流产生的电压降引起测量误差。
（2） 电流量程：用于恒电位工作时测量电流或恒电流工作时给定电流之需切换电流量程。共分四挡，即满量程2mA,20mA,200mA,2A 。
（3） 电流测量显示：数字显示屏，最大显示值为1999。“-”电流值为阴极化数据，无符号（即“+”）为阳极化数据。
（4） 电位测量显示：数字显示屏，最大显示值为±1.999V,显示的电位值为参比电极相对于研究电极的电位，其符号与电化学理论中习用的研究电极的电位符号相反。注意：测量值超出显示范围（溢出）时，元件（3）和（4）的数字全暗，改换量程后即可重新显示。 （5） 参比/给定：恒电位工作时，按下“参比”键或“给定”键，元件（4）显示测量的参比电位或给定电位之用。
（6） 给定电位粗调：恒电位工作时粗调给定电位值。 （7） 给定电位细调：恒电位工作时细调给定电位值。
（8） 工作选择：可供选择“恒电位”工作或“恒电流”工作。
（9） 给定电流粗调：恒电流工作时粗调给定电流值。 （10） 给定电流细调：恒电流工作时细调给定电流值。 （11） 电流/校准。
（12） 调零：电流表的调零电位器。 （13） 通/断开关：“断”为辅助电极开路，测量系统处于准备状态，此时可测量研究电极的开路电位（自腐蚀电位）；“通”为辅助电极闭路，测量系统处于工作状态，此时元件（3）显示相应电流值。
2．后面板元件结构功能说明
PS-1型恒电位/恒电流仪的后面板元件结构如图9所示。
18 16 15 北京中腐防蚀科技发展公司制造 机 号 出厂日期 编 开 电流输出 开 关调零 调零 关 17
电位输出 1A 外接给定电位 1A 0.2A -220V 14
19 20 21 22
图9. PS-1型恒电位/恒电流仪后面板元件结构图
（14） 电源插孔：交流220V输入插孔。 （15） 电源开关：“开”为仪器接通220V电源，处于工作状态；“关”为处于准备状态。 （16） 调零：仪器内部调零键，供检修用。仪器出厂时即已调定，勿随意调动。
（17） 电流输出：电流测量之模拟信号输出端，供外接示波器或记录仪。其端电压与输出电流成正比，各挡满量程对应的输出电压均为1.999V。阳极化输出电流为正值，阴极化输出电流为负值，黑色接线柱为输出低端。
（18） 电位输出：电位测量之模拟信号输出端，供外接示波器或记录仪。其端电压即为输出电位，满量程为1.999V。黑色接线柱为输出低端。
（19） 外接给定电位：从外部输入给定电位信号的输入端。当进行动电位扫描测量或暂态测量时可由此处外接信号发生器。当外接给定电位信号时，仪器内部的给定电位系统自动断开。
（20） 1A保险丝 （21） 1A保险丝 （22） 0.2A保险丝 二、 使用方法
1． 预热：接通电源，预热15min，以使仪器工作在稳定状态。
2． 校准：指电流表零点校正。仪器预热15min后，按下“校准”键（11），“通-断”开关（13）置于“断”的位置，电流量程（2）置于2mV挡，如电流表（3）显示不为0.000，可调节前面板上的“调零”键（12），使电流表显示为0.000。
3． 电极开路电位测量：即研究电极自腐蚀电位测量。将电极输入（1）的引线连接到电解池体系，“通-断”开关（13）置于“断”的位置，接通电源（14），打开电源开关（15），预热15min后，按下“恒电位”键（8）、“电流”键（11）、“参比”键（5），数字表（4）显示即为参比电极相对于研究电极的开路电位，即研究电极的自腐蚀电位，但符号相反。
4． 恒电位极化测量：按照上述第3项完成自腐蚀电位测量后，接着按下“给定”键（5），此时数字表（4）显示的是给定电位值，调节恒电位给定电位的粗调键（6）和细调键（7），使数字表（4）显示的给定电位值与自腐蚀电位值相等。“通-断”开关（13）置于“通”的位置，此时辅助电极的电路接通，仪器开始实施恒电位运作，参比电位被立即恒等于给定电位。此时便可进行以自腐蚀电位为起始点的恒电位极化测量。 稳态恒电位极化测量：按下“给定”键（5），根据恒电位极化测量工作的实验规定，调节恒电位给定电位的粗调键（6）和细调键（7），使数字电位表（4）显示为规定的电位值，此时若按下“参比”键（5），数字电位表（4）显示的参比电位应与给定电位相等。在此给定的电位值下保持实验规定的极化时间后，从数字电流表（3）上读取相对应的极化电流值。或者根据实验规定，在此给定的电位值下保持极化，至数字电流表（3）显示的电流值相对稳定后读取相对应的极化电流值。接着，根据实验规定再调节粗调键（6）和细调键（7），至一个新的给定电位值（例如，每个测量点可改变20mV或50mV），在此电位值下再保持规定的极化时间后，读取相对应的极化电流值，如此台阶式步进测量可获得稳态恒电位极化曲线。 注意：关于电流量程（2）的选择，在数字电流表（3）显示不溢出的前提下，尽可能用满度显示，以提高测量精度。
动态恒电位极化测量：即动电位扫描极化测量。电流量程（2）置于2A挡，把外部电位扫描信号连接到“外接给定电位”插孔（19），作为恒电位仪的给定电位。X-Y记录仪或示波器的Y端子输入可与“外接给定电位”端并联，而X端子输入则连接到“电流输出”（17）。若电流记录需使用对数坐标，可在恒电位仪的“电流输出”端与X-Y记录仪之间串接对数转换仪（参见图10）。
恒定电位测量：按下“给定“键（5），根据恒定电位测量工作的实验规定，调节恒电位给定电位的粗调键（6）和细调键（7），使数字电位表（4）显示为规定的电位值，此时若按
PS—1型恒电位/恒电流仪 电流输出 PS—3型对数转换仪 外接给定电位 RE WAE PS—2型电位扫描仪 X-Y记录仪
图10. 动电位扫描极化测量的接线示意图
下“参比”键（5），数字电位表（4）显示的参比电位应与给定电位相等。在此恒定不变的给定电位值下，在规定的各时间间隔从数字电流表（3）上读取相应的极化电流值。或者，在X-Y记录仪或长图式记录仪上记录极化电流随时间变化的I-t曲线，此时可将“电流输出”端（17）与记录仪相连。
5． 恒电流极化测量：按照第3项完成自腐蚀电位测量，此时键（5）置于“参比”，按下“恒电流”键（8），按下“电流”键（11），根据恒电流极化测量工作的实验规定，调节恒电流给定电流的粗调键（9）和细调键（10），使数字电流表（3）显示为规定的电流值，在此给定的电流值下保持实验规定的极化时间后，从数字电位表（4）上读取相对应的极化电位值。或者根据实验规定，在此给定的电流下保持极化，至数字电位表（4）显示的电位值相对稳定后读取相应的极化电位值。接着，根据实验规定再调节粗调键（9）和细调键（10），至一个新的给定电流值，在此电流值下再保持规定的极化时间后，读取相应的极化电位值。如此台阶式步进测量可获得稳态恒电流极化曲线。
恒定电流测量：按照第3项完成自腐蚀电位测量，此时键（5）置于“参比”，按下“恒电流”键（8），按下“电流”键（11），根据恒定电流测量工作的实验规定，调节恒电流给定电流的粗调键（9）和细调键（10），使数字电流表（3）显示为规定的电流值，在此恒定不变的给定电流值下，在规定的各时间间隔从数字电位表（4）上读取相对应的极化电位值。或者，在X-Y记录仪或长图式记录仪上记录极化电位随时间变化的E-t曲线，此时可从“电位输出”端（18）将电位信号与记录仪相连。
综合实验
锈蚀碳钢磷化及磷化膜性能检验试验
1.实验目的
(1) 了解磷化液的优化配制、磷化机理及其防护作用。 (2) 了解评定金属耐蚀性能的国家标准。 (3) 掌握试样制作方法。
(4)掌握金属耐蚀性能的评定及其测试方法。 2.实验要求
（1）训练基本实验技能，提高动手能力及综合运用所学知识的能力。 （2）培养对金属材料的腐蚀进行定性、定量分析及解决实际问题的能力。 3.实验原理
以H3PO4作为磷化液的主要成分，在磷化过程中使金属表面形成磷酸盐保护膜以阻止腐蚀介质的侵入，起到转化锈层和磷化锌层的作用，同时增强漆膜附着力，延长保护周期，提高涂装质量。其主要反应过程大致分为两个阶段。
第一阶段（锌层和锈层的溶解）：
H3PO4 ? H+ + H2PO4- Zn + 2H+ ? Zn2+ + H2↑ FeO + 2H+ ? Fe2+ + H2O Fe2O3 + 6H+ ? 2Fe3+ + 3H2O
第二阶段（磷酸盐保护膜的形成）：
H2PO4- ? 2H+ + PO43- 3Zn2+ + 2PO43- ? Zn3(PO4)2↓ 3Fe2+ + 2PO43- ? Fe3(PO4)2↓ Fe3+ + PO43- ?FePO4↓
2Zn2+ + Fe2+ + 2PO43- ? Zn2Fe(PO4)2↓ Mn2++ 2PO43-? Mn3(PO4)2
当除锈磷化液中含有Mn2+和Ni2+等成核离子时：
2Mn2+ + Zn2+ + 2PO43- ? Mn2Zn(PO4)2↓ 2Ni2+ + Zn2+ + 2PO43- ? Ni2Zn(PO4)2↓
其中Fe3(PO4)2 和FePO4为锈层转化膜的主要成份，Zn3(PO4)2为锌层磷化膜的主要成分。Zn3(PO4)2、Fe3(PO4)2、FePO4、Zn2Fe(PO4)2、Mn2Zn(PO4)2、Ni2Zn(PO4)2等在金属表面形成一层灰色或黑色、细结晶和多孔性的磷化膜，然后涂上防腐蚀涂料。锌层磷化一般在低酸度环境下进行，而锈层溶解所需酸度较高，因此要加入促进剂来调节两者的矛盾，此外必须加入合适的添加剂（如氧化剂和螯合剂等）加速膜的沉积作用，才能形成致密的磷酸盐保护膜。
4.仪器与药品
游标卡尺、毛刷、分析天平、烧杯、量筒、温度计、电炉、玻璃棒、镊子、滤纸、滴管、小刀、刻度尺、恒电位仪、磁力搅拌器、铂电极、甘汞电极、铜导线
磷酸（工业，85％）、乙醇（工业，85％）、OP-10（工业）、氧化锌、CUT-051、CUT-052、硝酸镍、氯酸钠、氟化钠、硫酸铜、三氧化铬、氯化钠、石蜡、松香