实验一金属的腐蚀测量—张裕祺.doc

金屬的腐蝕與量測 一、實驗目的 測試金屬腐蝕的電化學特性。 研究影響腐蝕的因素。 二、實驗原理 從定義上來看腐蝕，腐蝕可有四種不同的定義：(1)由於材料和其環境反應造成的損壞；(2)因為非機械方法造成的材料損壞；(3)逆向的冶金反應；(4)材料和環境的不良影響。但其中最重要的一點，就是材料和環境之間的關係。因絕大部分金屬的腐蝕過程均有電子的轉移行為，因此可以視之為一種電化學反應，依Fontana氏的分類，腐蝕的分類可分為八種，即所謂的八大腐蝕： 均勻腐蝕：金屬的表面出現一層均勻的腐蝕產物。 伽凡尼腐蝕：兩種不同金屬偶合接觸時，化學性質活潑的金屬會加速腐蝕，惰性比較大的金屬則減慢腐蝕。 間隙腐蝕：金屬的縫隙處因滯流不通，缺少氧氣，形成氧濃差電池，特別容易腐蝕，若有鹽類的滲入，則間隙腐蝕會加速惡化。 孔穴腐蝕：發生在鈍化金屬(如不銹鋼)在氯離子溶液中會發生極度集中的腐蝕，在表面行程四處散佈的孔穴。 晶界腐蝕：金屬晶界附近的化學活性比較強，因此容易發生腐蝕。 選擇性腐蝕：合金中的某一元素被選擇性的侵蝕 沖磨腐蝕：金屬在流動的腐蝕環境中，因為衝擊而產生加速腐蝕的結果。 應力腐蝕：當應力和腐蝕環境同時存在時，金屬將會逐漸在達到斷裂點之前提早破裂。 以鋅片在鹽酸溶液的腐蝕反應為例，鋅在鹽酸溶液的反應如下：Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 因為氯離子未實際參予反應，故上式可簡化為Zn + 2H+ → Zn2+ + H2 由上式可知反應可分為兩部份，一是金屬鋅被氧化為鋅離子，另一是氫離子被還原成氫氣。換言之，反應包括了鋅的氧化，與氫離子的還原兩個部份。因此，上式可改寫為： Zn → Zn2+ + 2e- (a) 2H+ + 2e- → H2 (b) 反應式(a)的氧化作用即為一種陽極作用，因為鋅片放出電子；反應式(b)的還原則為一種陰極作用，因為氫離子吸收電子。因此金屬鋅片在鹽酸溶液的腐蝕現象，實際上就是電化學反應。腐蝕的結果就是使金屬氧化為帶正電的陽離子游離出來，而陰極反應除了使溶液的氫離子還原之外，亦有可能其他的化學反應，端看腐蝕環境(氧化劑)的不同而定。 (一)儀器 直流伏特計（勉強可用三用電表代替0～2 V） 直流電流計（勉強可用三用電表代替0～10 mA） 分析天平 超音波清洗裝置 電源供應器 材料與設備 不同濃度食鹽水溶液(5 wt%、10 wt%) 0.2 M稀鹽酸水溶液0.2 M氨水溶液 銅片、鋅片、鐵片、鋁片 燒杯數個 砂紙（）滴管數支實驗步驟 試片前處理 分別以粗細砂紙打磨金屬表面，並用清水清洗。 2.以有機溶劑或鹼性清潔劑去試片表面之油污。 3.酸洗以去表面之氧化物膜。 4.乾燥試片，詳細記錄尺寸及重量。實驗流程 配置400 ml的5 wt %與10 wt %食鹽水，倒入反應槽中。 2.將兩金屬片(鋅片與銅片、鋁片與鐵片、鐵片與銅片)浸入，二者相距2 cm，且保持懸空。 每量測兩金屬片之間的電流值。 改變銅片和鋅片的距離(相距4與相距)，重複1～3步驟浸入10 wt %食鹽水比較三種不同距離的結果。 取兩片大小相同之鐵片，一片折成L型，一片以銅線和銅片連接。精秤重量後，浸入10 wt %食鹽水，相距2 cm，一週後取出，洗淨後，再秤其重量，並仔細觀察各金屬片之表面情況及溶液之狀態。 注意事項 測試中 (1)避免試片和不必要之金屬間的接觸。 (2)實驗條件要仔細控制，並記錄。 2.試片之測試後處理 (1)仔細觀察試片的外觀及特徵，並記錄。 (2)試片之清理以移除腐蝕產物為原則，對試片之本身不可有任何損傷為考量要點。原則上例如超音波震破法去除腐蝕所得薄膜，或用化學法溶除之。 大量清水清洗，並乾燥之，再記錄尺寸及重量。 六、實驗數據 (1)改變試片種類、距離及反應槽濃度： 金屬片： 、 距離：________ NaCl濃度： 金屬片 反應前重量(g) 反應後重量(g) 經過時間電流值(mA) 溶液狀態 20 40 60 80 100 120 (2)改變試片形狀並以銅線連接： 金屬片/狀態 反應前重量 反應後重量 金屬表面狀態 溶液狀態 Fe(L型) Cu Fe Cu 七、問題與討論 試計算腐蝕速率（依損失重量換算成均勻腐蝕之速率，以”mm/年”為單位），比較不同條件之腐蝕速率，並討論之。 試片表面在不同條件下之腐