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碳纤维在盐溶液中的腐蚀实验分析

摘要：本文总结了碳纤维的种类与应用，并针对包括碳纤维复合材料及金

属在内的多种材料的腐蚀电化学测量及分析方法进行了简要说明。

对于石墨-碳纤维复合材料、铜及碳钢等三种材料在不同浓度氯化钠溶液

（0.0246%、0.246%、2.46%）中的腐蚀情况进行了实验分析。主要测定了三种材

料在盐溶液中的极化曲线和交流阻抗数据。分别对两种测量的数据进行分析比较，

其次对交流阻抗和极化曲线的数据图谱进行了归纳总结，对数据中各种材料在不

同盐浓度下的极化电阻R值进行了比较和说明，还对各种材料计算出的腐蚀电流

p

I进行比较。两种方法（交流阻抗、极化曲线）所得出的结论是相同的，都是

corr

碳纤维复合材料抗腐蚀能力是最强的；其次是铜；最后是碳钢。

2实验材料与实验方法

2.1实验用的仪器、药品和材料

2.1.1仪器、药品

本实验用的材料有：石墨-碳纤维复合材料（含20%碳纤维）、碳钢（45号

钢）、铜。

药品：氯化钠、树脂、乙二胺、乙醇、凡士林、石蜡、焊丝、焊膏。

仪器：电化学分析仪(CH1604C)、分析天平、砝码天平、电炉、电烙铁、烧

杯、铂电极、饱和甘汞电机、pH试纸、滴管、搅拌棒。

2.1.3腐蚀溶液的配制：

腐蚀溶液浓度的选定是根据土壤的含盐量进行选定。本实验调节氯化钠溶液

的浓度分别为0.0246%，0.246%，2.46%。

2.2实验方法

2.2.1腐蚀电路的设计和制作

图2.1三电极系统示意图

本实验通过辅助电极（铂电极）与研究电极（碳纤维复合材料；铜；碳钢）

电解质为氯化钠溶液，它们和仪器电化学分析站连成一个闭合的回路，参比电极

（饱和甘汞电极）与研究电极相连做参比所用。

2.2.2测量方法

2.2.2.1交流阻抗的测量：

（1）先进行溶液中电聚合过程，绘制其-0.3～0.8V电位范围内以50mv/s

的扫描40周的循环伏安曲线；

（2）然后以不同扫速（10、20、40、60、80、100、120、140mv/s）进行CV

法扫描；

（3）以0.2mol/L氯化钾作电解液，以石墨碳纤维复合材料、铜、碳钢分

别作为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极、铂丝电极为对电极，初始电位-

0.5V，频率101～104Hz。

3数据处理与分析

3.1交流阻抗实验数据及结果分析

交流阻抗所得的各种材料在不同氯化钠溶液中的数据用Z-Z图谱每种浓度

imRe

下它的图谱都会与横坐标有两个交点，第一个坐标交点表示的是溶液的极化电阻，

第二个坐标交点标表示的是溶液和材料一起的极化电阻，它们之间的差值就是材

料的腐蚀电阻。但是铜和碳纤维复合材料我们看不出第二个坐标交点，所以可以

看出碳纤维复合材料和铜的极化电阻很大。如下图所示：

根据上图我们可以看出不同盐浓度下碳钢的交流阻抗范围，得出随着含盐量

的增加，碳钢的极化电阻在不断的减小。

图表示的是不同含盐量下碳纤维复合材料的交流阻抗图，根据图中所示可以

看出碳纤维复合材料随盐浓度的增加极化电阻变化很小。

根据图可得出铜的交流阻抗，可以发现铜的和碳纤维复合材料的交流阻抗图

谱很相似尤其是在低浓度下。随着含盐量的增加，铜的极化电阻降低；在测试频

率范围内，高含盐量时铜的阻抗值为低含盐量的1/10

3.1.1材料的腐蚀电阻分析

根据实验所得的各种材料在不同氯化钠浓度溶液中的极化曲线数据图，可以

利用Origin8软件进行处理，得腐蚀电阻。而腐蚀电阻与腐蚀速度呈反向相关性。

三组实验材料在不同不同氯化钠浓度溶液中的极化电阻如表所示：

表3-1在三种浓度下三种材料的腐蚀电阻（R）

P

0.02460.246%2.46%

NaCl

%

浓度