實驗十二 金屬的腐蝕與防腐

2022-10-12 03:06:03 字數 4491 閱讀 9926

(二)動態法測定碳鋼在碳酸銨溶液中的鈍化曲線及極化曲線

1.金屬的鈍化及鈍化曲線

金屬表面狀態的變化,使陽極溶解過程的超電勢公升高,金屬的溶解速度急劇下降,這種現象稱為金屬的鈍化。可鈍化金屬可採用控制不同的恆電勢來測量電流密度的方法,繪製出如圖的完整的陽極極化曲線,圖中曲線分為以下四個區域:

(1)從點a到點b的電勢區為金屬活化區,在此區域內是金屬的正常陽極溶解,a點為金屬的自然腐蝕電勢。

(2)點b到點c為金屬鈍化過渡區,這是金屬從活化態到鈍化態的轉變過程,b點稱為致鈍電勢,它所對應的電流ib為致鈍電流。

(3)點c到點d的電勢範圍叫鈍化區,此時金用處於鈍化階段.cd段所對應的電流im稱為鈍化電流,在鈍化區維持在鈍化電流下,金屬的腐蝕速度將急劇下降。

(4)點d後的電勢範圍為過鈍化區,陽極電流密度隨電勢的正移而增大,金屬的溶解速度加大。

鈍化金屬可以活化,凡能促使金屬保護層被破壞的因素都能使鈍化的金屬重新活化。例如,加熱、通入還原性氣體、加入某些活性離子等等。

金屬的鈍化現象是十分常見的,人們已對它進行大量的研究工作,影響金屬鈍化過程及鈍化性質的因素可歸納為以下幾點:

(1)溶液的組成

溶液中存在的氫離子、鹵素離子以及某些具有氧化性的陰離子對金屬的鈍化現象起著頗為顯著的影響。在中性溶液中,金屬一般是比較容易鈍化的.而在酸性溶液或某些鹼性溶液中要困難得多。這是與陽極反應產物的溶解度有關。

鹵素離子,特別是氯離子的存在則明顯地阻止金屬的鈍化過程、已經鈍化了的金屬也易被它破壞(活化),而使金屬的陽極溶解速度重新增加。溶液中存在某些具有氧化性的陰離子(如cro42-)則可以促進金屬的鈍化。

(2)金屬的化學組成和結構

各種純金屬的鈍化能力很不相同,以鐵、鎳、鉻三種金屬為例,鉻最容易鈍化,鎳次之,鐵較差些,因此新增鉻、鎳可以提高鋼鐵的鈍化能力,不鏽鋼是乙個極好的例子。一般來說,在合金中新增易鈍化金屬時可以大大提高合金的鈍化能力及鈍化態的穩定性.

(3)外界因素(如溫度、攪拌等)一般來說,溫度公升高以及攪拌加劇是可以推遲或防止鈍化過程的發生,這顯然與離子的擴散有關。

2.極化曲線的測量原理和方法

採用控制電位法測量極化曲線時,是將研究電極的電位恆定地維持在所需值,然後測量對應於該電位下的電流。由於電極表面狀態在末建立穩定狀態之前,電流會隨時間而改變,故一般測出的曲線為「暫態」極化曲線。在實際測量中,常採用的控制電位測量方法有下列兩種。

(1)靜態法將電極電位較長時間地維持在某一恆定值,同時測量電流隨時間的變化,直到電流值基本上達到某一穩定值。如此逐點地測量各個電極電位(例如每隔20,50或100 mv)下的穩定電流值,以獲得完整的極化曲線。 『

(2)動態法控制電極電位以較慢的速度連續地改變(掃瞄),測量對應電位下的瞬時電流值,並以瞬時電流與對應的電極電位作圖,獲得整個的極化曲線。所採用的掃瞄速度(即電位變化的速度)需要根據研究體系的性質選定。一般來說,電極表面建立穩態的速度愈慢,則掃瞄速度也應愈慢,這樣才能使所測得的極化曲線與採用靜態法的接近。

上述兩種方法都巳獲得了廣泛的應用。從其測量結果的比較,可以看出靜態法測量結果雖較接近穩態值,但測量時間長,例如對於鋼鐵等金屬及其合金,為了測量鈍態區的穩態電流往往需要在每乙個電位下等待幾個小時,所以在實際工作中,較常採用動態法來測量。

本實驗亦採用動態法。

動態法測定極化曲線通常使用恆電位儀,它能自動地使被研究電極電位保持在所需的電位值。

1.儀器和試劑

恆電位儀一台飽和甘汞電極一支

碳鋼電極(1cm2) 兩片鉑電極一支

電解池、燒杯、2mo1·dm-3 (nh4)2c03溶液;0.5mo1·dm-3h2so4溶液;

飽和kcl溶液

2.實驗步驟:

(1)電解池經洗液清洗,蒸餾水沖洗乾淨後,烘乾,倒入溶液後,插入研究電極(碳鋼片),參比電極及輔助電極(鉑電極),在側管小球中注入少量水,使密封,通入氫氣20min;

(2)仔細閱讀恆電位儀說明書,把儀器的接線分別接在研究、參比及輔助電極上,開啟儀器開關,預熱20min;

(3)把參比/極化開關置於「參比」,待數字電壓表穩定後顯示的值為參比電極相對於研究電極(碳鋼電極)的電勢;

(4)把恆電位/恆電流開關置於恆電位,測量選擇按下「掃瞄」,選擇掃瞄電勢為每次0.02v,從平衡電位掃到+1.20 v。整條曲線掃瞄控制在1h左右。此為陰極極化曲線,

(5)陽極極化曲線的繪製:使給定電勢值與「參比」電勢值相同,逆時針方向旋轉進行陽極極化。選擇掃瞄電勢,每次加大0.02v,記錄相應極化電流值,一直加大到-1.20 v。

3.資料記錄和處理

(1)記錄實驗時的室溫和氣壓;

(2)以電流密度(或電流密度的對數值)為縱座標,電極電勢為橫座標繪製陰極極化曲線

(3)求出在測定條件下.碳鋼的鈍化電勢。

(三)緩蝕劑及緩蝕效率的測定

1.原理說明

鐵與空氣及潮濕氣體接觸時能生鏽,如在空氣裡經熱處理(退火,回火,淬火)後的金屬產品,在表面上會蓋上一層氧化物——渣,為了清除金屬表面上的氧化物,可使之在酸溶液中浸漬一些時候以除去之(酸洗)。但是與氧化物在酸溶液裡溶解的同時,金屬本身也要引起損耗(金屬溶解於酸中)。除金屬的損耗外,受到濃酸腐蝕時它的效能還會變壞,例如鐵和酸反應放出氫氣,氫氣擴散入鐵內後,則使鐵變脆(此種現象稱為氫脆作用)。

若在酸洗時所用的酸中加入緩蝕劑,則可大大降低金屬的溶解,同時不影響氧化物的溶解速度,而且可以消除氫脆作用(不同緩蝕劑對氫脆消除的效果不同)。

緩蝕劑作用主要由於緩蝕劑吸附在金屬表面上,從而影響金屬在陽極的溶解和氫在陰極的析出,這樣就阻止了金屬被毀壞的過程。

緩蝕劑的緩蝕作用,除本身性質外,還與金屬的性質相結構有關,而且對不同的酸作用也不同,因此在選擇緩蝕劑時應先加以試驗。

緩蝕劑的效率η通常用下列公式表爾:

式中v0為金屬在純酸中的溶解速度,v 為金屬在加有緩蝕劑的酸中的溶解速度。金屬溶解速度(腐蝕速度)用 g/cm 2·h來表示。

2.儀器藥品

恆溫槽一套;250 ml燒杯3個,並附有帶玻璃小鉤的杯蓋;20 mm×50 mm×2mm的鋼片(鋼片上有小孔能懸掛於小鉤上); 蓄電池1個(6v);安培計(0~3a);螺旋測微器1個;2mo1·dm-3hcl溶液;六次甲基四胺;乙醇胺;10%檸檬酸銨溶液;丙酮。

3.實驗步驟

(1)調節恆溫槽至60℃左右。

(2)在三個已編號的燒杯中各注入l00ml2mo1·dm-3hcl溶液,另在1號杯中加1g六次甲基四胺,在2號杯中加1g乙醇胺緩蝕劑,3號杯作比較用。用玻棒將杯內的溶液小心攪勻,然後將三個燒杯放入恆溫槽內。

(3)將金屬樣品分別用0號及00號砂紙打磨,使表面達到盡可能光潔,用螺旋測微器測量鋼樣每邊長,並其出其表面積。

(4)將鋼樣用水洗滌,然後浸入丙酮中除油3—5min取出乾燥,並稱其重量。

(5)當燒杯內溶液的溫度達到60℃後,用鋼樣掛在小鉤上,再浸入溶液中,各個試樣離面距離應相等。

(6)經過3h的浸漬後,將鋼樣取出,用水洗滌後立即投入丙酮中,再取出乾燥之。

(7)將鋼樣用鐵絲(不能用鉑絲)懸掛於10%檸檬酸胺中作陰極處理,處理時電流密度為1a/dm2,經40 min後,取下鋼樣,用水洗,浸入丙酮,再乾燥稱出重量。繼續通電處理,此後每20 min一次,直到恒重為止。

4.資料記錄

實驗溫度氣壓

5.結果處理根據鋼樣腐蝕後失重,求出腐蝕速度及腐蝕效率

注:1.不用高溫恆溫槽,則可在常溫下浸漬三天。

2.在工業上選擇緩蝕劑時,還應進行氫脆實驗。

一、實驗目的

1.了解流動注射與火焰原子吸收的聯用技術

2.掌握流動注射火焰原子吸收測定金屬離子的工作原理

3.掌握實際樣品測定時干擾的消除

二、實驗原理

分離富集技術是改善和提高現代分析儀器檢出限的有效方法。對痕量組分分離富集的方法很多,比如傳統的分離富集方法如沉澱,共沉澱,萃取分離等。近年來各種吸附劑及樹脂的應用有了很大發展,吸附劑能對某些痕量成分進行選擇性吸附,其吸附機理隨吸附劑的結構、效能不同而不同。

上世紀90年代以來,更多的傳統吸附劑通過改性,在母體上引入具有選擇性吸附或螯合功能基團,以實現對單一成分或多種成分的選擇性分離富集。利用此類吸附劑進行分離富集具有富集倍數大、操作簡便等特點, 廣泛應用於冶金、醫藥、環保等方面。但是由於都是手工操作分離富集,煩瑣費時, 難以滿足靈敏度的要求。

而流動注射預富集可以有效地分離富集被測物,消除基體效應,且快速,試劑消耗也可以減少到手工操作的百分之幾,同時對環境要求不象手工操作那樣嚴格,可以使許多金屬離子的特徵濃度提高數十倍,獲得滿意的結果。由於流動注射**富集技術可以靈活的結合經典的分離富集技術如:液-液分離、液-固分離、沉澱-溶解分離、共沉澱-溶解分離、氣-液分離等方法,因此近年來在微量和超微量分析中被廣泛採用。

fia—faas聯用的工作流程如下圖所示。

水樣與緩衝溶液分別由流動注射分析儀的蠕動幫浦引入系統,經過組合塊中的三通管混合後由取樣閥注入離子交換柱**富集。經定時富集後,切換取樣閥,用鹽酸溶液將離子交換柱上富集的金屬元素(以銅、鋅、鎘、鉛為例)反向洗脫至原子吸收火焰中分別進行測定。將測得水樣中重金屬的吸光度值與標準溶液吸光度值進行比較,確定水樣中銅、鋅、鎘、鉛的含量。

水樣中鎂的濃度高於78mg/l,鈣、鈉的濃度高於200 mg/l時干擾鎘的測定,鈣的濃度高於200 mg/l時,鎂的濃度高於100 mg/l時干擾銅、鉛的測定。此種情況下可採用樣品稀釋法來降低或消除干擾,也可用標準加入法測定並計算結果。

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