RST电化学工作站实验例子_03_塔菲尔图—金属腐蚀速率的测定.pdf

RST5000 系列电化学工作站实验例子 V3.0 2011-10 苏州瑞思特仪器有限公司 第 1 页 5.3 塔菲尔图塔菲尔图金属腐蚀速率的测定金属腐蚀速率的测定 5.3.1 5.3.1 实验原理实验原理 通过测量已知面积的工作电极的腐蚀电流，推算出该工作电极所用金属材料在特定溶液中的腐蚀速率。5.3.2 5.3.2 仪器仪器 可选用的仪器有：RST3000 或 RST5000 系列电化学工作站。5.3.5.3.3 3 待测溶液的准备待测溶液的准备 （1）研究金属在某种特定环境中的腐蚀速率，则待测溶液可从该环境中采集，如电厂冷却循环水。（2）研究金属在含有某种离子的溶液中的腐蚀速率，则可配置该种离子所需浓度的待测溶液。5.3.5.3.4 4 工作电极的制备工作电极的制备 工作电极即研究电极，它的材料必须是所要研究的金属材料。通常，我们将所要研究的金属材料制成圆柱体，电极工作面就是前端的圆截面，引出导线可连接到后端的圆截面上。最后，把侧面及后端引出线用耐溶液浸泡的绝缘材料覆盖。注意绝缘层与金属材料间不得有缝隙，否则会有溶液和生成物在其中滞留，影响电极面积以及形成浓差微电池。5.3.5.3.5 5 测量系统搭建测量系统搭建 仪器的连接：红色线连接辅助电极（对电极）、黄色线连接参比电极、绿色线连接工作电极。将待测溶液注入电解池，放入工作电极、饱和甘汞参比电极、铂金对电极，参比电极距离工作电极 1-3 毫米。5.3.5.3.6 6 电化学方法选择及参数电化学方法选择及参数设定设定 点击工具钮选择“塔菲尔图”；点击工具钮打开塔菲尔参数设定窗口，如下图。RST5000 系列电化学工作站实验例子 V3.0 2011-10 苏州瑞思特仪器有限公司 第 2 页 （1）电位 启动测量开路电位后，仪器会连续测量开路电位，开路电位输入栏会被不断刷新。对于起始电位和终止电位，本仪器提供两种参考方式，依个人习惯可选择“相对于开路电位”或“相对于参比电极电位”。由于塔菲尔图是研究开路电位两边的超电势极化特性，因此选择“相对于开路电位”比较简洁。在这种选择下，我们只需在起始电位输入栏、终止电位输入栏中填入超电势即可，如+0.2V，-0.2V。（2）电解池 在此只有一个参数电极面积，将工作电极的实际面积测量后填入即可。（3）运行框 静置时间：可根据需要填入。扫描速度：一般可选 0.0001V/S 0.001V/S。电流量程：如果不能确切知道在最大超电势下电流到底有多大，可以勾选，让仪器在测量过程中自动调整电流量程。（4）电位示波 我们知道，塔菲尔图是研究开路电位两边很小电位范围内的特性，因此，让开路电位稳定下来并准确测到它至关重要。工作电极刚放入溶液、工作电极刚经历过极化、溶液浓度的变化等都会使电极体系离开平衡电位，表现为开路电位不断地在变化。本仪器的“电位示波”就是让操作者可直观地观察开路电位随时间的变化情况。操作者只需按一下按钮，电位示波即开始工作。RST5000 系列电化学工作站实验例子 V3.0 2011-10 苏州瑞思特仪器有限公司 第 3 页 （5）启动 RST5000 软件提供三种启动方式：（A）60 秒电位变化量小于 m 毫伏，稳定后开始。这是最常用的一种启动方式，填入一个认可的毫伏数，按下即可。（B）开路状态，等待 n 秒，倒计时开始。这是希望在 n 秒后（可以是很长的一段时间）启动的一种方式。在等待 n 秒的过程中，开路电位随时在更新，因此它与设定静置时间的等待有所不同。（C）立即开始。如果操作者认为开路电位已经稳定，则可立即启动。您也可设定静置时间等待，但一旦启动后，开路电位即被存储不再采集刷新。5.3.5.3.7 7 运行后的塔菲尔图运行后的塔菲尔图 如下图所示：x 轴是电位，y 轴是电流绝对值的对数，都为正值。电流最小值对应的就是开路电位。为方便读数，软件提供两种 y 轴坐标刻度数值：（A）电流密度的对数（B）电流密度 可以通过菜单-互换刻度，也可双击 y 轴坐标实现，如下图：RST5000 系列电化学工作站实验例子 V3.0 2011-10 苏州瑞思特仪器有限公司 第 4 页 5.3.5.3.8 8 塔菲尔图的测量塔菲尔图的测量 点击测量工具钮，即可自动测出腐蚀电流，并计算出腐蚀速率、年腐蚀深度，并显示于左上方的文本框中。如果做出来的图不直观，可以手动校正。方法：点击拟合阴极段、拟合阳极段，就可以对阴极曲线或阳极曲线进行手动拟合，其在文本框中的测量值随之改变。RST5000 系列电化学工作站实验例子 V3.0 2011-10 苏州瑞思特仪器有限公司 第 5 页 5.3.5.3.9 9 腐蚀速度换算公式腐蚀速度换算公式 金属腐蚀速度可用“腐蚀失重或腐蚀深度表示”，也可用腐蚀电流密度表示。它们之间可通过法拉第定律进行换算，即 corrcorrinMinFM41073.3-=u （g/m2h）corrinMdrru31028.3-=(mm/年)式中：u为腐蚀速度（g/m2h）；d 为腐蚀深度(mm/年)；corri是腐蚀电流密度（mA/cm2）;M 为金属的克原子量(g)；n 为金属的原子价；F 为法拉第常数；r为金属的密度（g/cm3）。以钢铁为例：M=56g，n=2，r=5.83cmg，则腐蚀速度为：corrcooriinM241004.11073.3-=u （g/m2h）腐蚀深度为：corrcorriinMd231017.11028.3-=rru (mm/年)将实际测的腐蚀电流密度corri（单位：A/cm2）代入公式即可得出结果。