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動(dòng)電位極化法介紹

發(fā)布時(shí)間：2022-01-27

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1. 基本定義

動(dòng)電位極化法是按照給定的階躍時(shí)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(guān)系曲線。將動(dòng)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(jì)算出腐蝕速率[1]。

2. 應(yīng)用范圍和特點(diǎn)

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

3. 測試時(shí)的注意事項(xiàng)

由于動(dòng)電位的掃描速度非常慢，在電化學(xué)體系中也不斷地發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而我們需要在體系穩(wěn)定之后才能進(jìn)行動(dòng)電位極化的測試，因此測量開路電位很重要的一點(diǎn)就是在進(jìn)行試驗(yàn)前給予足夠時(shí)間使得開路電位達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定的開路電位表示所要研究的系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，即各種腐蝕反應(yīng)的速度恒定。有些腐蝕反應(yīng)在很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，有些需要幾個(gè)小時(shí)[3]。不管所需多少時(shí)間，電腦控制系統(tǒng)可以檢測開路電位使得測試在其穩(wěn)定后進(jìn)行。動(dòng)電位測試對電化學(xué)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(dǎo)致后期測試出的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確甚至錯(cuò)誤。

4.動(dòng)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(dòng)電位極化曲線包括線性極化區(qū)、弱極化區(qū)和強(qiáng)極化區(qū)[4]。在強(qiáng)極化區(qū)，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(qiáng)極化區(qū)又叫Tafel區(qū)，所以，在不嚴(yán)格的說法中強(qiáng)極化曲線或者Tafel曲線可等同于動(dòng)電位極化曲線，而曲線要極化程度夠大，進(jìn)入Tafel區(qū)。

5.動(dòng)電位極化法的參數(shù)和激勵(lì)信號圖

表1.動(dòng)電位極化法參數(shù)設(shè)置

參數(shù)一般實(shí)驗(yàn)應(yīng)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(shí)間(s)0.01~10電位階躍時(shí)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(dòng)電位極化法的激勵(lì)信號圖

6動(dòng)電位極化法的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

6.1動(dòng)電位極化法在金電極中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

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

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

基本激勵(lì)信號參數(shù)：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(shí)間：1 s，掃描速率：1 mV/s

DH7006 金電極動(dòng)電位極化

該動(dòng)電位極化曲線可分為三個(gè)部分。第一部分為活化區(qū)，此時(shí)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(dāng)電位趨近至拐點(diǎn)時(shí)氧化電流達(dá)到極大值。理論上將此點(diǎn)所對應(yīng)的電位稱為鈍化電位，而將此時(shí)對應(yīng)的電流稱為鈍化電流。但當(dāng)電位增加到拐點(diǎn)以后，電極表面開始鈍化，此時(shí)電流密度隨著電位的增加而迅速降低到一個(gè)較小的值，金屬處于穩(wěn)定的鈍態(tài)。繼續(xù)增加電壓，電流密度仍然保持一很小的值，該電流稱為鈍態(tài)電流，該區(qū)稱為鈍化區(qū)。當(dāng)電位繼續(xù)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(fā)生了氧化過程，這一區(qū)稱為過鈍化區(qū)[5]。

6.2 動(dòng)電位極化法在鍍銀銅片中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

樣品前處理：準(zhǔn)備一個(gè)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(jìn)行置電鍍銀5 min后取出放入3.5wt% NaCl溶液中腐蝕穩(wěn)定4 h后再進(jìn)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(zhì)為3.5wt% NaCl溶液。

基本激勵(lì)信號參數(shù)：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(shí)間：1 s，掃描速率：1 mV/s

DH7000 鍍銀銅片動(dòng)電位極化

鍍銀銅片的動(dòng)電位極化曲線可分為活性溶解區(qū)、過渡鈍化區(qū)、穩(wěn)定鈍化區(qū)、過鈍化區(qū)四個(gè)區(qū)。第一部分為活性溶解區(qū)，此時(shí)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(dāng)電位趨近至拐點(diǎn)時(shí)氧化電流達(dá)到極大值。當(dāng)電位增加到拐點(diǎn)以后，電極表面開始鈍化，此時(shí)電流密度隨著電位的增加而迅速降低到一個(gè)較小的值，金屬處于穩(wěn)定的鈍態(tài)，此時(shí)便是過渡鈍化區(qū)。繼續(xù)增加電壓，電流密度仍然保持一很小的值，該電流稱為鈍態(tài)電流，該區(qū)稱為穩(wěn)定鈍化區(qū)。當(dāng)電位繼續(xù)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(fā)生了氧化過程，這一區(qū)稱為過鈍化區(qū)。

7總結(jié)

動(dòng)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(guān)系曲線，他是一種常用的評價(jià)金屬腐蝕行為的電化學(xué)研究方法，其曲線類型與金屬表面腐蝕情況有關(guān)，通過對曲線的類型及曲線、電化學(xué)特征參數(shù)的變化情況，可對電極表面發(fā)生的腐蝕行為進(jìn)行判斷，表征材料的腐蝕傾向與程度。

參考文獻(xiàn)

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

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

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

[4] 陳小文,白新德,薛祥義等.釔離子注入鋯的動(dòng)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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