金属腐蚀学文档格式.docx
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碳钢在稀硫酸溶液中浸泡时,碳钢表面会发生析氢腐蚀,其中:
阳极:
Fe-2e→Fe2+
(1)
阴极:
2H++2e→H2
(2)
总反应:
Fe+2H+→Fe2++H2(3)
随着反应的不断进行,碳钢表面被均匀溶解,质量不断减轻,可以通过测定碳钢在腐蚀前后的质量变化来求得腐蚀速率。
Vw=(W0-Wt)/(st)(g/㎡·
h)(4)
—
同时,阴极H+不断得到电子,被还原H2析出,可以通过测定析出H2的体积来求得腐蚀速率。
Vh=V0/St(5)
V0=273V(P-PH2O)/(P·
T)(6)
式中:
V0—析出H2在标准状态下的体积;
V—当温度为T(k)和压力为P时,析出H2的体积;
PH2O—温度为T的饱和水蒸汽压力。
三、试样和介质
试样:
45#钢棒,尺寸为¢10×
50㎜。
介质:
(1)2mol/LH2SO4
(2)2mol/LH2SO4+0.5﹪乌洛托品
四、仪器装置
1.重量法:
用电子天平称量试样;
2.容量法:
用析氢装置(图1)收集H2,并测量H2体积。
图1析氢装置
五、实验步骤
1.用细砂纸打磨试样,测量试样尺寸,计算出表面积,用酒精清洗试样2次并吹干。
2.用电子天平称量试样并记录。
3.按图1安装好析氢装置(两套),分别往抽滤瓶中注入2mol/L的H2SO4和2mol/LH2SO4+0.5﹪乌洛托品溶液.
4.将试样用尼龙丝吊挂在瓶塞下装入瓶中,同时计时和测量量筒内水柱量。
注意瓶塞周围涂上凡士林,塞紧瓶塞,不能漏气。
5.计时,经过一定时间的腐蚀后,测量量筒内气体的体积,并记下室内温度和大气压力。
6.取出试样,仔细刷洗试样并吹干。
7.用电子天平称量试样并记录。
8.实验完毕后,将溶液倒入废酸桶内,小心拆卸析氢装置,清洗所有容器并摆放整齐。
六、数据记录和整理
1.将所有测量数据和计算结果填入表1中,原始数据填入表2中。
表145#钢分别在2mol/L的H2SO4和2mol/LH2SO4+0.5﹪乌洛托品溶液中的腐蚀
测量方法
缓蚀剂
试样面积(㎝2)
腐蚀时间(h)
腐蚀量
(g)
腐蚀速率
(g/(㎡·
h))
缓蚀效率
(%)
重量法
容量法
表2原始数据表
溶液
钢棒直径
(㎝)
高度
表面积
(㎝2)
腐蚀前质量(g)
腐蚀后质量(g)
析出气体的体积(ml)
1
2
备注
温度:
℃气压:
Pa
2.计算过程
(1)重量法
无缓蚀剂时
有缓蚀剂时
(2)容量法
七、结果评定与讨论
1.分析计算重量法和容量法所得钢的腐蚀速率和缓蚀效率:
比较这两种方法所得结果,说明原因。
2.分别评定钢在不含缓蚀剂和含有缓蚀剂的酸溶液中的耐蚀性等级。
3.碳钢在酸中腐蚀还可以用哪些缓蚀剂?
实验二极化电阻法研究金属腐蚀速度
了解CR-3型多功能腐蚀测量仪的性能并学会使用。
本实验用该仪器测定金属铜或钢在3%NaCl溶液中的极化电阻Rp来研究金属腐蚀速度。
根据电化学极化控制下金属腐蚀动力学基本公式,在外加极化电位下,腐蚀金属阳极极化时有:
iA外=icorr{exp【2.3△EAP/bA】-exp【-2.3△EAP/bC】},而当△E很小(<10mV)时,式子中的指数项展开时级数中的高次项可忽略,即满足微极化条件时,公式可简化为:
iA外=icorr〔(2.3△EAP/bA)+(2.3△EAP/bC)〕
=icorr△EAP〔(2.3/bA)+(2.3/bC)〕
或icorr=iA外/△EAP·
{bAbC/〔2.3(bA+bC)〕}
对于一定的腐蚀体系,icorr的值一定,iA外与△EAP成正比,即
RAP=△EAP/iA外简写为RP=△E/△I
同理,Icorr={bAbC/〔2.3(bA+bC)〕}·
1/RP
△E、△I和RP分别为极化电位、极化电流和极化电阻。
若令
B=bAbC/〔2.3(bA+bC)〕,则Icorr=B/RP
当金属和介质给定时,B为常数,从上式子中知,腐蚀速度Icorr与极化电阻RP成正比。
(铜在3%NaCl溶液中,B=5.5mV)
工作电极、参比电极和辅助电极都用纯铜或钢制成,表面积为1㎝2,试样表面和侧面都用环氧树脂密封闭。
试样形状如图1所示。
图1电极结构示意图
1----铜导线2----环氧树脂3---电极
3%NaCl溶液。
实验装置图如图2所示。
用CR-3型多功能腐蚀测量仪进行测量,接线及使用方法如下:
图3CR-3型多功能腐蚀测量仪前面板元件结构图
1.电极输入:
线性极化测量和电偶测量时分别按表接测量电极表1。
电极输入导线
线性极化测量
电偶测量
黄色
工作电极(W)
电极Ⅰ
红色
辅助电极(A)
电极Ⅱ
蓝色
参比电极(R)
参比电极
2.极化值:
线性极化测量时,给定极化电位△E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测量选择。
4.数字显示屏:
最大显示为1999。
电流测量时:
“-”为阴极数据,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。
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),电偶测量和自然腐蚀电位测量时指示灯不亮。
6.工作选择:
可供选择线性极化测量时的阳极极化(A)、阴极极化(C)和阳/阴极交替极化(A/C)以及自然腐蚀电位(Ek)测量,电偶测量时的电极Ⅰ或电极Ⅱ的自然腐蚀电位(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,接入一个1千欧标准电阻,可进行模拟极化状态下的校准,此键弹出时为测量状态。
1.用细砂纸仔细打磨试样表面,清洗干净,再把试样安装到接线板上。
2.往烧杯里注入3%NaCl溶液,试样立即浸入溶液中。
3.按说明对CR-3型多功能腐蚀测量仪进行准备、接线、预热给定△E以及计划方向,测量读数△I每一组试样进行5次测量。
4.实验完毕后,把溶液倒入废液桶内,清洗容器和试样并吹干试样,进行清洁整理工作。
将所有测量数据△I及计算的Rp和相应的Icorr值填入下表中。
3
4
5
平均值
△I(毫安)
Rp(千欧)
Icorr(毫安梅平方厘米)
Icorr值由下列公式计算:
Rp=△E/△IIcorr={bAbC/〔2.3(bA+bC)〕}·
1.根据测量的△I,计算RP值、Icorr值和平均值RP,Icorr。
2.通过的平均值计算V′及VL并评定耐蚀等级。
3.极化电阻法测腐蚀速度与塔菲尔直线外推法相比较有哪些优势?
4.用极化电阻法测腐蚀速度有什么局限性?
实验三简单腐蚀模型实验
利用腐蚀电池模型研究吸氧腐蚀的一些重要参数如搅拌、充气、PH等对腐蚀速度的影响,确定Cu-Zn腐蚀电池模型在中性、酸性溶液中腐蚀速度的控制因素。
本实验采用Cu-Zn腐蚀电池模型作为研究对象。
当线路接通后,Cu、Zn两电极在溶液中发生电极反应,由于Zn电极电位较低(负),Cu电极电位较高(正),在两个电极上分别进行以下的电极反应:
Zn电极作为阳极,发生氧化反应:
Zn–2e→Zn2+
Cu电极作为阴极,发生还原反应:
O2+2H2O+4e→4OH-(中性)
O2+4H++4e→2H2O(酸性)
在溶液中,Zn电极不断发生氧化反应,Cu电极不断发生还原反应,电子从Zn电极不断向Cu电极迁移,电流由Cu电极流向Zn电极,在水中,电荷的传递依靠溶液中的阴、阳离子的迁移来完成的。
这样整个电池形成一个电流回路。
通过测量电阻R上的电压降,可以得到腐蚀速率的大小。
在腐蚀电池模型研究吸氧腐蚀中,某些参数对腐蚀速度有重要的影响,如搅拌、充气、PH等。
溶液搅拌或流速增加,会使扩散层有效厚度§
减小,由icorr=iL=nFDCo/§
知,iL增大,icorr增大,因此溶液搅拌会加速腐蚀。
对电极充气,会使溶液中及电极附近溶解氧的浓度增大,氧的极限扩散电流密度增加,O2是一种典型的阴极去极化剂,O2含量增大会加速腐蚀,H+也是一种的阴极去极化剂,所以充气和加盐酸都会使腐蚀速率增大。
形状如图1所示纯铜片:
41×
27mm
纯锌片:
43×
30mm
3%NaCl、1mol/LHCl、pH试纸
三、仪器装置
试验装置线路如图2所示,用数字电压表测量低欧姆电阻上的电压降来确定阳极和阴极之间的电流。
四、实验步骤
用细砂纸打磨试样,用酒精清洗试样2次并吹干,测量试样尺寸,计算出表面积,按图2联接好线路。
1.时间的影响:
把试片接到线路板上,联接好线路;
往容器中注入3%NaCl溶液;
再把接了试片的接线板放入容器中,并开始计时,直接测量电解液中电池两电极的端电压,在5分钟内每20秒测量1次并记录。
2.充气的影响:
将阴、阳极都浸入溶液中,分别靠近阳极充气1分钟和靠近阴极充气1分钟,记录电压值。
3.确定控制因素:
开动搅拌机,搅拌3分钟后,先测量SC:
SA=1:
1的电压值,然后将阴极提出溶液3/4,3分钟后测量电压值,最后将阳极提出溶液3/4,3分钟后测量电压值。
4.加酸的影响:
往溶液中加数毫升1mol/LHCl,使溶液pH调
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- 金属腐蚀
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