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东华分析——动电位极化法介绍

发布时间:2022-05-31    浏览量:526

1. 基本定义

动电位极化法是按照给定的阶跃时间与阶跃高度从起始电位扫描到终止电位而得到的电压与电流关系曲线。将动电位极化曲线的塔菲尔线性段外推至自然腐蚀电位Ecorr处,可计算出腐蚀速率[1]

2. 应用范围和特点

动电位极化法是一种常用的评价金属腐蚀行为的电化学研究方法,其曲线类型与金属表面腐蚀情况有关,通过对曲线的类型及曲线、电化学特征参数的变化情况,可对电极表面发生的腐蚀行为进行判断,表征材料的腐蚀倾向与程度[2]

3. 测试时的注意事项

由于动电位的扫描速度非常慢,在电化学体系中也不断地发生氧化还原反应,而我们需要在体系稳定之后才能进行动电位极化的测试,因此测量开路电位很重要的一点就是在进行试验前给予足够时间使得开路电位达到稳定状态。稳定的开路电位表示所要研究的系统处于稳定状态,即各种腐蚀反应的速度恒定。有些腐蚀反应在很短时间内达到稳定状态,有些需要几个小时[3]。不管所需多少时间,电脑控制系统可以检测开路电位使得测试在其稳定后进行。动电位测试对电化学体系来说,其破坏性是不可逆的,多次测试会显著地降低工作电极的耐蚀性,导致后期测试出的数据不准确甚至错误。

4.动电位极化曲线和塔菲尔曲线的不同

典型的用来测试电极腐蚀速度的动电位极化曲线包括线性极化区、弱极化区和强极化区[4]。在强极化区,极化曲线(E-logi 图)基本是条直线,这条直线可以用来得到电极的腐蚀速度,而强极化区又叫Tafel区,所以,在不严格的说法中强极化曲线或者Tafel曲线可等同于动电位极化曲线,而曲线要极化程度够大,进入Tafel区。

5.动电位极化法的参数和激励信号图

表1.动电位极化法参数设置

参数

一般实验应用范围

描述

最初电位(V

-5~5

扫描的开始电位

最终电位(V

-5~5

扫描的终止电位

阶跃高度(mV

0.1~20

电位阶跃幅值

阶跃时间(s

0.01~10

电位阶跃时间

扫描速率(mV/s

1~100

电位扫描速率

E滤波(Hz

100~1k

电压噪声滤波

I滤波(Hz

100~1k

电流噪声滤波

动电位极化法的激励信号图

6动电位极化法的实验数据

6.1动电位极化法在金电极中的实验数据

样品前处理:将金电极用粗细两种Al2O3粉抛光打磨好后再放入稀硫酸中进行一系列的测试。

三电极体系:WE-Au盘,CE-Pt丝,RE-SCE。电解质为0.5 M H2SO4

基本激励信号参数:最初电位:-0.3 V,最终电位为:0.7 V(vs.OCP),阶跃高度:1 mV,阶跃时间:1 s,扫描速率:1 mV/s

DH7006 金电极动电位极化

该动电位极化曲线可分为三个部分。第一部分为活化区,此时过电位较小,电极的氧化电流随电极电位的增加而很快增加,当电位趋近至拐点时氧化电流达到极大值。理论上将此点所对应的电位称为钝化电位,而将此时对应的电流称为钝化电流。但当电位增加到拐点以后,电极表面开始钝化,此时电流密度随着电位的增加而迅速降低到一个较小的值,金属处于稳定的钝态。继续增加电压,电流密度仍然保持一很小的值,该电流称为钝态电流,该区称为钝化区。当电位继续增加以后,电流又将随电位的增加而显著增加,说明阳极又开始发生了氧化过程,这一区称为过钝化区[5]

6.2 动电位极化法在镀银铜片中的实验数据

样品前处理:准备一个铜片打孔用铜丝连接后先使用丙酮对其超声5 min除油,然后用去离子水超声5 min,再用5%稀HCl活化5 min后用去离子水冲洗放入1:1的ZHL-02镀银液中用1 ASD的电流对其进行置电镀银5 min后取出放入3.5wt% NaCl溶液中腐蚀稳定4 h后再进行一系列的测试。

三电极体系:WE-电镀银铜片,CE-Pt丝,RE-SCE。电解质为3.5wt% NaCl溶液。

基本激励信号参数:最初电位:-0.5 V,最终电位为:0.2 V(vs.Ref),阶跃高度:1 mV;阶跃时间:1 s,扫描速率:1 mV/s

DH7000 镀银铜片动电位极化

镀银铜片的动电位极化曲线可分为活性溶解区、过渡钝化区、稳定钝化区、过钝化区四个区。第一部分为活性溶解区,此时过电位较小,电极的氧化电流随电极电位的增加而很快增加,当电位趋近至拐点时氧化电流达到极大值。当电位增加到拐点以后,电极表面开始钝化,此时电流密度随着电位的增加而迅速降低到一个较小的值,金属处于稳定的钝态,此时便是过渡钝化区。继续增加电压,电流密度仍然保持一很小的值,该电流称为钝态电流,该区称为稳定钝化区。当电位继续增加以后,电流又将随电位的增加而增加,说明阳极又开始发生了氧化过程,这一区称为过钝化区。

7总结

动电位极化测量方法是以一定的扫描速率极化工作电极至某一指.定电位获得电位和电流密度的关系曲线,他是一种常用的评价金属腐蚀行为的电化学研究方法,其曲线类型与金属表面腐蚀情况有关,通过对曲线的类型及曲线、电化学特征参数的变化情况,可对电极表面发生的腐蚀行为进行判断,表征材料的腐蚀倾向与程度。

参考文献

[1] 陈飞,解利昕,孙晨等.动电位极化曲线法研究铝合金材料在海水中腐蚀现象[J].天津化工,2014,28(5):12-14.

[2] 电化学腐蚀行为[J].工业科技,2009,38(1):69-71.

[3] 韩小敏,王少刚,黄燕.钛-钢爆炸复合板的耐腐蚀性能研究[J].石油化工腐蚀与防护,2016,33(2):14-18.

[4] 陈小文,白新德,薛祥义等.钇离子注入锆的动电位极化曲线研究[J].稀有金属材料与工程,2004,33(2):153-156

[5] 谷琦琦,简璐,张西雷等.HCO3-对X80钢在NaCl溶液中腐蚀性能的影响[J].金属热处理,2015,40(8):179-183.


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