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                東華分析——動電位極化法介紹

                更新時間:2022-07-25    瀏覽量:4070

                1. 基本定義

                動電位極化法是按照給定的階躍時間與階躍高度從起始電位掃描到終止電位而得到的電壓與電流關系曲線。將動電位極化曲線的塔菲爾線性段外推至自然腐蝕電位Ecorr處,可計算出腐蝕速率[1]。

                2. 應用范圍和特點

                動電位極化法是一種常用的評價金屬腐蝕行為的電化學研究方法,其曲線類型與金屬表面腐蝕情況有關,通過對曲線的類型及曲線、電化學特征參數的變化情況,可對電極表面發生的腐蝕行為進行判斷,表征材料的腐蝕傾向與程度[2]。

                3. 測試時的注意事項

                由于動電位的掃描速度非常慢,在電化學體系中也不斷地發生氧化還原反應,而我們需要在體系穩定之后才能進行動電位極化的測試,因此測量開路電位很重要的一點就是在進行試驗前給予足夠時間使得開路電位達到穩定狀態。穩定的開路電位表示所要研究的系統處于穩定狀態,即各種腐蝕反應的速度恒定。有些腐蝕反應在很短時間內達到穩定狀態,有些需要幾個小時[3]。不管所需多少時間,電腦控制系統可以檢測開路電位使得測試在其穩定后進行。動電位測試對電化學體系來說,其破壞性是不可逆的,多次測試會顯著地降低工作電極的耐蝕性,導致后期測試出的數據不準確甚至錯誤。

                4.動電位極化曲線和塔菲爾曲線的不同

                典型的用來測試電極腐蝕速度的動電位極化曲線包括線性極化區、弱極化區和強極化區[4]。在強極化區,極化曲線(E-logi 圖)基本是條直線,這條直線可以用來得到電極的腐蝕速度,而強極化區又叫Tafel區,所以,在不嚴格的說法中強極化曲線或者Tafel曲線可等同于動電位極化曲線,而曲線要極化程度夠大,進入Tafel區。

                5.動電位極化法的參數和激勵信號圖

                表1.動電位極化法參數設置

                參數

                一般實驗應用范圍

                描述

                最初電位(V

                -5~5

                掃描的開始電位

                最終電位(V

                -5~5

                掃描的終止電位

                階躍高度(mV

                0.1~20

                電位階躍幅值

                階躍時間(s

                0.01~10

                電位階躍時間

                掃描速率(mV/s

                1~100

                電位掃描速率

                E濾波(Hz

                100~1k

                電壓噪聲濾波

                I濾波(Hz

                100~1k

                電流噪聲濾波

                動電位極化法的激勵信號圖

                6動電位極化法的實驗數據

                6.1動電位極化法在金電極中的實驗數據

                樣品前處理:將金電極用粗細兩種Al2O3粉拋光打磨好后再放入稀硫酸中進行一系列的測試。

                三電極體系:WE-Au盤,CE-Pt絲,RE-SCE。電解質為0.5 M H2SO4

                基本激勵信號參數:最初電位:-0.3 V,最終電位為:0.7 V(vs.OCP),階躍高度:1 mV,階躍時間:1 s,掃描速率:1 mV/s

                DH7006 金電極動電位極化

                該動電位極化曲線可分為三個部分。第一部分為活化區,此時過電位較小,電極的氧化電流隨電極電位的增加而很快增加,當電位趨近至拐點時氧化電流達到極大值。理論上將此點所對應的電位稱為鈍化電位,而將此時對應的電流稱為鈍化電流。但當電位增加到拐點以后,電極表面開始鈍化,此時電流密度隨著電位的增加而迅速降低到一個較小的值,金屬處于穩定的鈍態。繼續增加電壓,電流密度仍然保持一很小的值,該電流稱為鈍態電流,該區稱為鈍化區。當電位繼續增加以后,電流又將隨電位的增加而顯著增加,說明陽極又開始發生了氧化過程,這一區稱為過鈍化區[5]。

                6.2 動電位極化法在鍍銀銅片中的實驗數據

                樣品前處理:準備一個銅片打孔用銅絲連接后先使用丙酮對其超聲5 min除油,然后用去離子水超聲5 min,再用5%稀HCl活化5 min后用去離子水沖洗放入1:1的ZHL-02鍍銀液中用1 ASD的電流對其進行置電鍍銀5 min后取出放入3.5wt% NaCl溶液中腐蝕穩定4 h后再進行一系列的測試。

                三電極體系:WE-電鍍銀銅片,CE-Pt絲,RE-SCE。電解質為3.5wt% NaCl溶液。

                基本激勵信號參數:最初電位:-0.5 V,最終電位為:0.2 V(vs.Ref),階躍高度:1 mV;階躍時間:1 s,掃描速率:1 mV/s

                DH7000 鍍銀銅片動電位極化

                鍍銀銅片的動電位極化曲線可分為活性溶解區、過渡鈍化區、穩定鈍化區、過鈍化區四個區。第一部分為活性溶解區,此時過電位較小,電極的氧化電流隨電極電位的增加而很快增加,當電位趨近至拐點時氧化電流達到極大值。當電位增加到拐點以后,電極表面開始鈍化,此時電流密度隨著電位的增加而迅速降低到一個較小的值,金屬處于穩定的鈍態,此時便是過渡鈍化區。繼續增加電壓,電流密度仍然保持一很小的值,該電流稱為鈍態電流,該區稱為穩定鈍化區。當電位繼續增加以后,電流又將隨電位的增加而增加,說明陽極又開始發生了氧化過程,這一區稱為過鈍化區。

                7總結

                動電位極化測量方法是以一定的掃描速率極化工作電極至某一指.定電位獲得電位和電流密度的關系曲線,他是一種常用的評價金屬腐蝕行為的電化學研究方法,其曲線類型與金屬表面腐蝕情況有關,通過對曲線的類型及曲線、電化學特征參數的變化情況,可對電極表面發生的腐蝕行為進行判斷,表征材料的腐蝕傾向與程度。

                參考文獻

                [1] 陳飛,解利昕,孫晨等.動電位極化曲線法研究鋁合金材料在海水中腐蝕現象[J].天津化工,2014,28(5):12-14.

                [2] 電化學腐蝕行為[J].工業科技,2009,38(1):69-71.

                [3] 韓小敏,王少剛,黃燕.鈦-鋼爆炸復合板的耐腐蝕性能研究[J].石油化工腐蝕與防護,2016,33(2):14-18.

                [4] 陳小文,白新德,薛祥義等.釔離子注入鋯的動電位極化曲線研究[J].稀有金屬材料與工程,2004,33(2):153-156

                [5] 谷琦琦,簡璐,張西雷等.HCO3-對X80鋼在NaCl溶液中腐蝕性能的影響[J].金屬熱處理,2015,40(8):179-183.


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