镍等金属钝化曲线的测定及腐蚀行为评价.doc

物理化学实验报告 镍等金属钝化曲线的测定及腐蚀行为评价 学 院： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 一、实验目的 （1）掌握用线性电位扫描法测定镍在硫酸溶液中的阳极极化曲线和钝化行为。 （2）了解金属钝化行为的原理和测量方法。 （3）测定C1-浓度对Ni钝化的影响。 二、实验原理 （一）金属的钝化 金属处于阳极过程时会发生电化学溶解，其反应式为： M → Mn+ + ne- 在金属的阳极溶解过程中，其电极电势必须大于其热力学电势，电极过程才能发生。这种电极电势偏离其热力学电势的行为称为极化。当阳极极化不大时，阳极过程的速率(即溶解电流密度)随着电势变正而逐渐增大，这是金属的正常溶解。但当电极电势正到某一数值时，其溶解速率达到最大，而后，阳极溶解速率随着电势变正，反而大幅度降低，这种现象称为金属的钝化。 金属钝化一般可分为：化学钝化和电化学钝化。 金属之所以由活化状态转变为钝化状态，目前对此问题有着不同看法: （1）氧化膜理论:在钝化状态下，溶解速度的剧烈下降，是由于在金属表面上形成了具有保护性的致密氧化物膜的缘故。 （2）吸附理论:这是由于表面吸附了氧，形成氧吸附层或含氧化物吸附层，因而抑制了腐蚀的进行。 （3）连续模型理论:开始是氧的吸附，随后金属从基底迁移至氧吸附膜中，然后发展为无定形的金属-氧基结构。各种金属在不同介质或相同介质中的钝化原因不尽相同，因此很难简单地用单一理论予以概括。 （二）影响金属钝化过程的几个因素 （1）溶液的组成 溶液中存在的H+、卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子对金属钝化现象起着显著的影响。在中性溶液中，金属一般是比较容易钝化的，而在酸性或某些碱性溶液中要困难得多。 （2）金属的化学组成和结构 各种纯金属的钝化能力均不相同，以Fe、Ni、Cr种金属为例，易钝化的顺序CrNiFe。 （3）外界因素 当温度升高或加剧搅拌，都可以推迟或防止钝化过程的发生。这显然是与离子的扩散有关。在进行测量前，对研究电极活化处理的方式及其程度也将影响金属的钝化过程。 （三）研究金属钝化的方法 电化学研究金属钝化通常有两种方法：恒电流法和恒电势法。由于恒电势法能测得完整的阳极极化曲线，因此，在金属钝化研究中比恒电流法更能反映电极的实际过程。用恒电势法测量金属钝化可有下列两种方法。 （1）静态法 将研究电极的电势恒定在某一数值，同时测量相应极化状况下达到稳定后的电流。 （2）动态法 将研究电极的电势随时间线性连续地变化，同时记录随电势改变而变化的瞬时电流，就可得完整的极化曲线图。 虽然静态法的测量结果较接近静态值，但测量时间太长，所以，在实际工作中常采用动态法来测量。本实验亦采用动态法。 （四）金属的钝化曲线 ic 一临界钝化电流 ic 一临界钝化电流 Ec 一临界钝化电位 ip 一稳定钝化电流 AB一活性溶解区 BC一过渡钝化区 CD一稳定钝化区 DE一过钝化区 图中AB线段表明，当表示阳极电极电势的外加给定电位增加，电流密度j随之增大，是金属正常溶解的区间，称为活性溶解区。BC线段即表明阳极已经开始钝化，此时，作为阳极的金属表面开始生成钝化膜，故其电流密度j（溶解速度）随着阳极电极电势增大而减小，这一区间称为钝化过渡区。CD 线段表明金属处于钝化状态，此时金属表面生成了一层致密的钝化膜，在此区间电流密度稳定在很小的值，而且与阳极电极电势的变化无关，这一区间称为钝化稳定区。随后的 DE 线段，电流密度j又随阳极电极电势的增大而迅速增大，在此区间钝化了的金属又重新溶解，称为“超钝化现象”。这一区间称为超钝化区。对应于B点的电流密度jb称为致钝电流密度，对应的电位称为致钝电位。对应于C 点的jc称为维钝电流密度，CD段所对应的电位称为维钝电位。 （五）补充知识 在有电流通过电极时，电极电势偏离可逆电势值的现象称为电极的极化。在某一电流密度下，实际的电极电势与可逆电极电势之差称为超电势。电流密度越大，超电势越大。 超电势或电极电势与电流密度之间的关系曲线称为极化曲线，极化曲线的形状和变化规律反映了电化学过程的动力学特征。 （1）阳极上由于极化使电极电势变大，阴极上由于极化使电极电势变小。 （2）对电解池：电解时电流密度愈