实验二十一 碳钢在碳酸铵溶液中的钝化行为与极化曲线的测定 一、实验目的
2.掌握线性电位扫描法测试阳极极化曲线的基本原理和方法。
木醋二、实验原理
柱面投影线性电位扫描法是指控制电极电位在一定电位范围内、以一定的速度均匀连续变化，同时记录下各电位下反应的电流密度，从而得到电位-电流密度曲线，即稳态极化曲线。在这种情况下，电位是自变量，电流是因变量，极化曲线表示稳态电流密度与电位之间的函数关系：i=f（Φ）。
金属作阳极的电解池中通过电流时，通常将发生阳极的电化学溶解过程。如阳极极化不大，阳极溶解过程的速度随电势变正而逐渐增大，这是金属的正常阳极溶解。在某些化学介质中，当电极电势正移到某一数值时，阳极溶解速度随电势变正反而大幅度降低，这种现象称做金属的钝化。 处在钝化状态的金属的溶解速度是很小的，在金属防腐及作为电镀的不溶性阳极时，这正是人们所需要的。而在另外的情况如化学电源、电冶金和电镀中的可溶性阳极，金属的钝化就非常有害。
利用阳极钝化，使金属表面生成一层耐腐蚀的钝化膜来防止金属腐蚀的方法，叫做阳极保护。
利用线性电位扫描法的阳极极化曲线如图1所示。
图1 阳极极化曲线
曲线表明，电势从a点开始上升（即电势向正方向移动），电流也随之增大，电势超过b点以后，电流迅速减至很小，这是因为在碳钢表面上生成了一层电阻高、耐腐蚀的钝化膜。到达c点以后，电势再继续上升，电流仍保持在一个基本不变的、很小的数值上。电势升至d点时，电流又随电势的上升而增大。从a点到b点的范围称为活性溶解区；b点到c点称为钝化过渡区；c点到d点称为稳定区；d点以后称为过钝化区。对应于b点的电流密度称为致钝电流密度；对应于c-d段的电流密度称为维钝电流密度。如果对金属通以致钝电流（致钝电流密度与表面积的乘积）使表面生成一层钝化膜（电势进入钝化区），再用维钝电流（维钝电流密度与表面积的乘积）保持其表面的钝化膜不消失，金属的腐蚀速度将大大降低，这就是阳极保护的基本原理。
影响金属钝化的因素很多，主要有：
1．溶液的组成
溶液中存在的H+离子、卤素离子以及某些具有氧化性的阴离子，对金属的钝化行为起着显著的影响，在酸性和中性溶液中随着H+浓度的降低，临界钝化电流密度减小，临界钝化
电位也向负移。卤素离子，尤其是Cl-防碍金属的钝化过程，并能破坏金属的钝态，使溶解速度大大增加。某些具有氧化性的阴离子（CrO4-）的钝化。
fifox2．金属的组成和结构
各种金属的钝化能力不同。以铁族金属为例，其钝化能力的顺序为Cr>Ni>Fe。在金属中加入其它组分可以改变金属的钝化行为，如在铁中加入镊和铬可以大大提高铁的钝化倾向及钝态的稳定性。
3．外界条件
机器人吸盘 温度、搅拌对钝化有影响。一般来说，提高温度和加强搅拌都不利于钝化过程的发生。
三、实验内容
本实验采用CHI电化学工作站，采用线性电位扫描法测量镍0.05mol/L碳酸铵溶液中的极化曲线。扫描速度：0.005V/s，扫描范围：-0.2V-1.6V。
四、实验步骤
1．按三电极体系接好线路。镊电极做工作电极，参比电极为甘汞电极，铂片为辅助电极。
2．阳极极化曲线的测量
（1）研究电极为镍电极，表面积为1cm2（单面），另一面用石蜡封住。将待测的一面用金相砂纸打磨，除去氧化膜，用丙酮洗涤除油。再用脱脂棉沾酒精檫洗，用蒸馏水冲洗干净，再用滤纸吸干，放进碳酸铵溶液的解池中。
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（2）启动工作站，运行CHI660测试软件。在Setup菜单中点击Technique选项。在弹出菜单中选择了线性扫描测试方法，点击确定按钮。
（3）在Setup菜单中点击Paraters选项。在弹出菜单中输入测试条件：InitE为-0.2V，FinalE为1.6V，Scan Rate 为0.005V/s，Sample Interval 为0.001V，Quiet Time 为2s，Sensitivity 为1.e-006，选择Auto-sensitivity。然后点击确定按钮。
（4）在Control菜单中店击Run Experiment 选项，进行极化曲线的测量。
（5）实验完毕，关闭仪器，将研究电极清洗干净待用。
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五、实验数据处理及分析
从极化曲线分别指出各自体系的临界钝化电位和临界钝化电流密度
六、思考题
1．阳极保护的基本原理是什么？什么样的介质才适于阳极保护？
2．什么是致钝电流和维钝电流？他们各有什么不同？
3．在测量电路中，参比电极和辅助电极各有什么作用？
4．测定阳极钝化曲线为什么要用线性电位扫描法？
5．开路电位、析出O2电势和析出H2电势各有什么意义？
