金属氧化速率的测定实验报告.docx
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金属氧化速率的测定实验报告
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金属氧化速率的测定实验报告
篇一:
金属线胀系数的测定实验报告
实验5金属线胀系数的测定
测量固体的线胀系数,实验上归结为测量在某一问题范围内固体的相对伸长量。
此相对伸长量的测量与杨氏弹性模量的测定一样,有光杠杆、测微螺旋和千分表等方法。
而加热固体办法,也有通入蒸气法和电热法。
一般认为,用电热丝同电加热,用千分表测量相对伸长量,是比较经济又准确可靠的方法。
一、实验目的
1.学会用千分表法测量金属杆长度的微小变化。
2.测量金属杆的线膨胀系数。
二、实验原理
一般固体的体积或长度,随温度的升高而膨胀,这就是固体的热膨胀。
设物体的温度改变?
t时,其长度改变量为?
L,如果?
t足够小,则?
t与?
L成正比,并且也与物体原长L成正比,因此有
?
L?
?
L?
t
(1)
式
(1)中比例系数?
称为固体的线膨胀系数,其物理意义是温度每升高1℃时物体的伸长量与它在0℃时长度之比。
设在温度为0℃时,固体的长度为L0,当温度升高为t℃时,其长度为Lt,则有
(Lt?
L0)/L0?
?
t
即Lt?
L0(1?
?
t)
(2)
如果金属杆在温度为t1,t2时,其长度分别为L1,L2,则可写出
L1?
L0(1?
?
t1)(3)
L2?
L0(1?
?
t2)(4)
将式(3)代入式(4),又因L1与L2非常接近,所以,L2/L1?
1,于是可得到如下结果:
?
?
L2?
L1(5)L1(t2?
t1)
由式(5),测得L1,L2,t1和t2,就可求得?
值。
三、仪器介绍
(一)加热箱的结构和使用要求
1.结构如图5-1。
2.使用要求
(1)被测物体控制于?
8?
400mm尺寸;
(2)整体要求平稳,因伸长量极小,故仪器不应有振动;
(3)千分表安装须适当固定(以表头无转动为准)且与被测物体有良好的接触(读数在0.2~0.3mm处较为适宜,(:
金属氧化速率的测定实验报告)然后再转动表壳校零);
(4)被测物体与千分表探头需保持在同一直线。
(二)恒温控制仪使用说明
面板操作简图,如图5-2所示。
图5-2
1.当电源接通时,面板上数字显示为Fdhc,表示仪器的公司符号,然后即刻自动转向Axx.x表示当时传感器温度,即t1。
再自动转为b?
?
.(?
表示等待设定温度)。
2.按升温键,数字即由零逐渐增大至实验者所选的设定值,最高可选80℃.
3.如果数字显示值高于实验者所设定的温度值,可按降温键,直至达到设定值。
4.当数字达到设定值时,即可按确定键,开始对样品加热,同时指示灯会闪亮,发光频闪与加热速率成正比。
5.确定键的另一用途是可作选择键,可选择观察当时的温度值和先前设定值。
6.实验者如果需要改变设定值可按复位键,重新设置。
四、实验步骤
1.接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的航空插头。
2.测出金属杆的长度L1(本实验使用的金属杆的长度为400mm),使其一端与隔热顶尖紧密接触。
3.调节千分表带绝热头的测量杆,使其刚好与金属杆的自由端接触,记下此时千分表的读数n1。
4.接通恒温控制仪的电源,先设定需要加热的值为30℃,按确定键开始加热,在达到设定温度后降温至室温,降温时也应读数。
注视恒温控制仪,每隔3℃读一次读数,同时读出千分表的示数,将相应的读数t2,t3,…,tn,n2,n3,…,
?
,…,nn?
,2,3,…,n记在表格里。
?
)/2)?
,n3(其中n=(nn+nnnn,n2
5.显然,金属杆各时刻上升的温度是t2-t1,…,相应的伸长量是2-n1,t3-t1,tn-t1,3-n1,…,n-n1,则式(5)可表示为
n?
n1=?
L1(tn?
t1)
即?
?
n?
n1?
n(6)?
L1(tn?
t1)L1?
t
由此可知,线膨胀系数?
是以n-n1为纵坐标、以tn-t1为横坐标的实验曲线的斜率。
把各测量值填入下表,作n-n1与tn-t1的曲线(即?
n与?
t曲线),先算出?
L1,再求出?
。
另外还可根据式(6)来计算出?
。
因为长度的测量是连续进行的,故用逐差法对?
n进行处理。
五、实验数据
六、数据处理
1.图像法
根据实验数据作出?
n与?
t曲线如下图所示
因R?
0.9991,故数据正相关相关性很高。
可得?
L1=0.0046mm/℃,又因L1=400mm2
求得
?
?
0.00460.0046?
?
1.15?
10?
5/℃L1400
2.逐差法
?
n1?
5?
1?
0.089?
n2?
6?
2?
0.0933
5?
n3?
7?
3?
0.09295?
n4?
8?
4?
0.0956
?
?
?
n1?
?
n2?
?
n3?
?
n4?
0.0927254
?
nA?
?
(?
?
?
n)i
i?
142
4?
1mm?
2.76?
10?
3?
nb?
0.001
2?
3u?
n?
?
n2?
?
n?
2.93?
10bA
同理求得?
?
20,?
tA?
0
根据查得的?
tb?
0.2℃求出u?
t
22u?
t?
?
tA?
?
tb?
0.2
根据式(6),则
?
?
?
1.159?
10?
5/℃L1?
ur?
?
u?
?
(?
ln?
1?
ln?
1?
ln22?
ln22?
?
,)u?
n?
()u?
t,其中?
?
n?
n?
?
t?
t?
?
n?
?
t
代入数据求得ur?
?
3.16?
10?
4
u?
?
?
ur?
?
3.6623?
10?
9
?
?
?
u?
?
(1.159?
10?
5?
3.6623?
10?
9)/℃
则?
?
(1.159?
10?
5?
3.6623?
10?
9)/℃
ur?
?
0.031%6
七、误差分析
两种方法所测得的结果几乎一致,而逐差法中ur?
?
3.16?
10?
4,数量级很小。
故而误差在允许范围内。
产生误差的原因:
1.在读取数据时的读数误差。
2.仪器本身存在的误差。
八、注意事项
1.在测量过程中,整个系统应保持稳定,不能碰撞。
2.读取tn,nn数据时,特别是读取nn时,一定要迅速。
九、试验总结
1.本次实验原理简单,操作也并不复杂。
但是在给铝棒加热以及降温过程中需要较长的时间,这要求要有一定的耐心。
2.再进一步深入了解了作图法分析数据以及逐差法分析数据的方法。
篇二:
实验金属腐蚀速度的测量分析
金属腐蚀速度的测量分析
一、金属腐蚀速度的测量方法1、重量法
重量法是根据腐蚀前后试件质量的变化来测定金属腐蚀速度的,分为失重法和增重法两种。
当金属表面上的腐蚀产物容易除净且不至于损坏金属本体时常用失重法;当腐蚀产物完全牢靠地附着在试件表面时,则采用增重法。
对于失重法可由下式计算腐蚀速度:
V失=
m0?
m1
st
式中V失——金属的腐蚀速度,g·m-2·h-1;m0——试件腐蚀前的质量,g;m1——试件腐蚀后的质量,g;s——试件的面积,m2;t——试件腐蚀时间,h。
对于增重法,即当金属表面的腐蚀产物全部附着在上面,或者腐蚀产物脱落下来可以全部收集起来时,可用下式计算腐蚀速度:
V增=
m2?
m0
st
式中V增——金属的腐蚀速度,g·m-2·h-1;m2——带有腐蚀产物的试件质量,g;
对于密度相同的金属,可以用上述方法比较其耐腐蚀性能,对于密度不同的金属,尽管单位表面上的质量变化相同,其腐蚀深度却不一样,对此,应用腐蚀深度来表示更为合适。
应当指出,重量法也有其局限和不足。
首先,它只考虑均匀腐蚀的情况,而没有考虑局部腐蚀的情况。
其次,对于失重法很难将腐蚀产物完全除去,如果用重量法测定其腐蚀速度,肯定不能说明实际情况。
另外,失重法的实验周期较长,短则几小时,多则数年乃至数十年,对于重量法要想做出腐蚀速度(V增)-时间(t)曲线需要大量的样品和冗长的时间。
2、容量法
对于伴随析氢或吸氧的腐蚀过程,通过测定一定时间内的析氢量或吸氧量来
计算金属的腐蚀速度的方法即为容量法。
许多金属在酸性溶液中,某些电负性较强的金属在中性甚至于碱性溶液中都会发生氢去极化作用而遭到腐蚀,其中:
阳极过程m→mn++ne阴极过程nh++ne→(n/2)h2↑在阳极上金属不断失去电子而溶解的同时,溶液中的氢离子与阴极上过剩的电子结合而析出氢气。
金属溶解的量和析氢出的量相当。
即有一克当量的金属溶解,就有一克当量的氢析出。
由实验测出一定时间内的析氢体积Vh(毫升),由气压计读出大气压力p(毫米汞柱)和用温度计读出室温,并查出该室温下的饱和水蒸气的压力ph2o(毫米汞柱)。
根据理想气体状态方程式:
pV=nRT,
可以计算出所析出氢气的摩尔数:
为了得到更准确的结果,还应考虑到氢在该实验介质中的溶解量Vh′,即由表查出室温下氢在该介质中的溶解度(cm3/cm3),(可用氢在水中的溶解量近似计算,并略去氢在量气管的水中的溶解量)乘以该介质的体积(cm3)。
则金属的腐蚀速度:
式中n—金属的氧化还原当量,g;s—金属的暴露面积,m2;
t—金属腐蚀的时间,h;
R—气体状态常数62.36ml·毫米汞柱×103/摩尔·度。
3、极化曲线法
当金属浸于腐蚀介质时,如果金属的平衡电极电位低于介质中去极化剂(如h+或氧分子)的平衡电极电位,则金属和介质构成一个腐蚀体系,称为共轭体系。
此时,金属发生阳极溶解,去极化剂发生还原。
以金属锌在盐酸体系中为例:
阳极反应:
Zn-2e=Zn2+阴极反应:
h++2e=h2
阳极反应的电流密度以ia表示,阴极反应的速度以ik表示,当体系达到稳定时,即金属处于自腐蚀状态时,ia=ik=icorr(icorr为腐蚀电流),体系不会有净的电流积累,体系处于一稳定电位
?
c。
根据法拉第定律,体系通过的
电流和电极上发生反应的物质的量存在严格的一一对应关系,
故可阴阳极反应的
电流密度代表阴阳极反应的腐蚀速度。
金属自腐蚀状态的腐蚀电流密度即代表了金属的腐蚀速度。
因此求得金属腐蚀电流即代表了金属的腐蚀速度。
金属处于自腐蚀状态时,外测电流为零。
极化电位与极化电流或极化电流密度之间的关系曲线称为极化曲线。
极化曲线在金属腐蚀研究中有重要的意义。
测量腐蚀体系的阴阳极极化曲线可以揭示腐蚀的控制因素及缓蚀剂的作用机理。
在腐蚀点位附近积弱极化区的举行集会测量可以可以快速求得腐蚀速度。
还可以通过极化曲线的测量获得阴极保护和阳极保护的主要参数。
在活化极化控制下,金属腐蚀速度的一般方程式为:
?
?
?
c?
c?
?
I?
i?
i?
i[exp()?
exp()]akcorr?
a?
k
其中I为外测电流密度,ia为金属阳极溶解的速度,ik为去极化剂还原的速度,βa、βk分别为金属阳极溶解的自然对数塔菲尔斜率和去极化剂还原的自然对数塔菲尔斜率。
若以十为底的对数,则表示为ba、bk。
这就是腐蚀金属电极的极化曲线方程式,令
?
e?
?
?
?
c
?
e称为腐蚀金属电极的极化值,?
e=0时,I=0;?
e>0时,是阳极极化,I>0,体系通过阳极电流。
?
e I?
icorr[exp(
?
e
测定腐蚀速度的塔菲尔直线外推法当对电极进行阳极极化,在强极化区,阴极分支电流ik=0:
改写为对数形式:
?
e?
?
aln
I?
ia?
icorrexp(
?
e
?
a
)?
exp(
?
?
e
?
k
)]
?
a
)
Iicorr
?
balg
Iicorr
当对电极进行阴极极化,?
e 改写成对数形式:
?
?
e?
?
kln
I?
?
icorrexp(
Iicorr
?
?
e
?
k
)Iicorr
?
bklg
强极化区,极化值与外测电流满足塔菲尔关系式,如果将极化曲线上的塔菲尔区外推到腐蚀电位处,得到的交点坐标就是腐蚀电流。
图1塔菲尔外推法求金属腐蚀电流的基本原理
二、实验数据记录及处理
1、实验数据记录
选择材料为45钢,腐蚀溶液为3.5%nacl溶液。
(1)腐蚀前:
(2)腐蚀中:
实验过程中试样反应速度很缓慢,基本上无变化,腐蚀过程数据记录如下:
(3)腐蚀后:
2、数据处理
(1)容量法由公式:
得出nh=(760mmhg-11.987mmhg)×(94.5ml-93.6ml)/(62.36×14)=0.771mol由公式:
查表得
Vhs=π
,
=0.0192
2
2
2
×(20.1/2)×2+π×20.1×10.9=1322.91mm=0.00132m
,
得:
v=n×2nh×(Vh+Vh)/(s×t)
=0.05×2×0.771×(0.9-0.0192)/(0.00132×2)=25.72g/m·h
(2)失重法:
2
V失=
m0?
m1
st
2
V=(31.80-31.72)/(0.00132×2)=30.01g/m·h
三、思考题
篇三:
线性极化技术测量金属腐蚀速度实验报告
电极过程动力学实验报告
北京理工大学电极过程动力学实验报告
姓名班级学号
实验日期年月日指导教师同组姓名成绩
实验名称线性极化技术测量金属腐蚀速度一、实验目的
1.了解线性极化法测定金属腐蚀速度的原理和方法;2.掌握电位扫描法测定塔菲尔曲线;
3.应用塔菲尔曲线计算极化电阻、斜率和腐蚀电流;4.应用stern公式计算腐蚀速度。
二、实验原理
以测量铁在硫酸溶液中的腐蚀为例。
从电化学的基础理论可知,当铁在硫酸溶液中时,一定发生两个反应过程:
阳极过程:
Fe-2e-=Fe2+阴极过程:
2h++2e-=h2↑
如果外电路无电流流过时,铁的阳极溶解速度与表面氢的逸出速度相等,该速度就是铁的腐蚀速度,用电流密度i腐表示,此时铁的电位即是腐蚀电位φ腐。
i腐和φ腐可以通过测定铁在硫酸中的阴极和阳极的Tafel曲线,并将两条曲线的直线段外延相交求得,交点所对应的电流是i腐,电位是φ腐。
图1是铁在硫酸中的阴极和阳极的Tafel曲线示意图。
电极过程动力学实验报告
图1铁在硫酸中的阴极和阳极的Tafel曲线示意图
上述方法在实际应用时,有时两条曲线的外延线交点不准确,给精确测量带来很大的误差。
所以本实验采用线性极化法测定腐蚀速度。
线性极化的含意就是指在腐蚀电位附近,当Δ
φ≤10mV时,极化电流i与
极化电位Δφ之间存在着线性规律。
对于由电化学步骤控制的腐蚀体系,存在下列关系式:
该公式即是线性极化法的stern公式:
?
i?
ba?
bk
i腐?
?
?
?
?
?
2.303(b?
b)ak?
式中:
i/Δφ的倒数称为极化电阻Rr=Δφ/i
ba和bk分别为阳极和阴极的Tafel常数,即是两条外延直线的斜率。
根据上述的基本原理,测量腐蚀体系的极化电阻Rr和Tafel曲线的ba和bk,用stern公式,即可求出腐蚀速度i
腐。
电极过程动力学实验报告
三、实验装置1.计算机一台
2.电化学分析仪(chI604e)一台3.电解池1个
4.辅助电极(铂片电极)1片
5.参比电极(氧化汞电极、甘汞电极)2个
6.研究电极(1cm2低碳钢片一面用环氧树脂封固绝缘)1片四、实验内容及步骤
1.溶液:
(1)1mol/Lnaoh
(2)10%hcl(3)3.5%Kcl2.测量内容:
(1)测量三种不同体系的Tafel曲线
(2)应用Tafel曲线计算腐蚀电流和斜率(3)应用Tafel曲线求出极化电阻3.实验步骤
(1)清洗电解池,装入3.5%Kcl溶液。
放入参比电极、辅助电极、研究电极。
研究电极放入电解池前,要用细砂纸打磨至光亮,水洗后用丙酮除油再放入电解池。
(2)接好线路,打开计算机和电化学分析仪开关。
在计算机桌面上用鼠标点击chI604A图标,进入分析测试系统。
(3)选择菜单中的“T”(Technique)实验技术进入,选择菜单中的Tafelplot,点击“oK”退出。
(4)选择菜单中的“control”(控制)进入,选择菜单中的opencircuitpotential(开路电压)得出给定的开路电压退出。
(5)选择菜单中的parameters(实验参数)进入实验参数设置。
Inite(V)
电极过程动力学实验报告
(初始电位)和Finale(V)终止电位,应根据给定的开路电压±(0.25-0.5)V来确定。
scanRate(V/s)扫描速度为0.0005-0.001。
其余的参数可选择自动设置。
(6)选择菜单中的“
Run开始扫描。
(7)扫描结束,选择菜单中的graphics(图形)进入,选择graphoption(图形选择)进入,在Data(数据)选择current(电流)进入图形,取Δφ和对应的ΔI,Δφ/ΔI=Rr,计算出极化电阻。
(8)进入Analysis(分析),选择菜单中specialAnalysis(特殊分析)进入,点击calculate(计算)得出阴极Tafel斜率、阳极Tafel斜率和腐蚀电流。
(9)换溶液,重复以上步骤,分别做1mol/Lnaoh(参比电极换成氧化汞电极)、10%hcl两种不同体系的实验。
(10)将所做出的曲线存盘、打印。
(11)关闭电源,取出研究电极,清洗干净,结束实验。
五、实验结果分析
第一组实验:
3.5%Kcl体系(共测了两次)
用matlab处理后作出的图为:
电极过程动力学实验报告
(1)计算:
(2)计算:
斜率分别为:
ba=7.5251,bk=6.7087切线交点:
v=-0.199,logi=-6.356即:
i腐=4.4027e-007
在开路电压附近拟合直线:
斜率为:
k=0.2195e-4所以
Rr=Δφ/i=1/k=4.5556e+4
=k?
?
?
?
.?
?
?
?
?
?
.?
?
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?
?
?
(?
?
?
?
+?
?
?
?
)=3.3806e-005
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