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1、金属腐蚀与防护实验指导书作者：朱有兰 陈海燕广东工业大学材料与能源学院二七年三月印刷目 录实验一 腐蚀实验样品的准备310实验二、金属制品腐蚀率的测定1118实验三、Q235钢材的中性盐雾试验 1925实验四、金属在不同电解液中的电位 2630实验项目名称：实验一 腐蚀实验样品的准备实验项目性质：普通实验所属课程名称：金属腐蚀与防护实验计划学时：2学时一、 实验目的通过本实验掌握常规腐蚀实验样品的一般制作的基本方法和动手能力。二、 实验内容和要求本实验主要根据金属腐蚀与防护课程的要求，要求学生在腐蚀与防护的试验中对于所涉及到各种仪器和设备相配套的实验样品的要求、方法、制作过程应该有所了解和掌握
2、；对各种材料的性质和对于腐蚀与防护实验中的实验样品的正确取样、合理制作技巧及要领应该具有必备的基础知识和训练动手的能力。三、 实验主要仪器设备和材料1、各种工具：钢锯、虎钳台、小型转床、车床、焊枪、磨床、砂纸、等各种工具一批。2、各种材料：厚度为25的各种规格成分的铁、普通碳钢、Q235钢材、不锈钢、铜、黄铜、锌、铝、等金属材料的板材；1030各种规格成分的铁、普通碳钢、不锈钢、铜、黄铜、锌、铝、等金属材料棒材；1050各种规格成分的铁、普通碳钢、不锈钢、铜、黄铜、锌、铝等金属材料管材等一批。还氧树脂、塑料、石墨、尼龙线、玻璃线、玻璃勾、木材等各种材料。3、化学试剂：硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠
3、、氯化锡、氧化铬、若丁、聚四氟乙烯、松香、石蜡、水中胶、沥青、清漆等各类试剂。4、各类仪器：直流电源、交流电源及电流表、电压表、毛刷、橡皮、滤纸等仪器和其它。四、 实验方法、步骤及结果测试1、腐蚀试件的准备试件的形状和尺寸取决于试验的目的、材料的性质、试验的时间和试验的装置。为了消除边界效应的影响，试件表面积对其重量之比要大些，边缘的面积对总面积之比要小些。试件的外形要力求简单，以便于消除腐蚀产物、测量表面积和进行加工。通常采用薄矩形、圆形薄片和圆柱体试件。重量法测定腐蚀速度的试件通常采用：矩形 5025（23）毫米圆盘形（3040）（23）毫米在用电化学方法进行测试时，为了引出导线、克服电偶
4、腐蚀和缝隙腐蚀的干扰、便于封样，常常采用其它形状的试件，如长的圆柱体、长方体等。为了消除金属试件表面状态的差异，获得均一的表面状态，试件表面在实验前要经过严格的处理。一般是先用粗磨、细磨、抛光到一定光洁度，使平行试件的表面状态相近。如果在机加工时已达到足够的光洁度（如7），实验前只需用金相砂纸（如320目）打磨，以除去表面的氧化膜即可。有时可在试验前浸入稀硫酸几分钟，以溶解氧化膜，活化试件表面。也可通以50微安/厘米2左右的微小阴极电流12分钟进行活化。2、 试件的安放与封装在进行重量法和容量法的腐蚀试验时，试件的安放形式要视试验的装置而定，但都必须保证试件之间，试件与支架之间，试件与容器之间
5、有一定间隔，防止接触腐蚀、缝隙腐蚀的产生，使试件与介质能充分接触。一般支架与试件之间点接触，支架必须耐蚀。用悬挂的方法，必须把试件钻个孔。在中性介质中可用马鬃、塑料丝等；在酸性或碱性介质中可用尼龙线、玻璃线、玻璃勾等悬挂。见图1、2所示。 图1 悬挂试件的方法 图2安放试件的支架用支撑的方法不需要把试件打孔，可以把试件用几个支点支放在玻璃、木材、硬橡胶、硬塑性的支架上。图2是支架的一种形式。在用电化学方法进行腐蚀测试时，必须在试件上引出导线，导线和试件结点必须封装绝缘以防止电偶腐蚀、水线腐蚀、缝隙腐蚀等的干扰。封装要力求绝缘好、牢固、简便。下面是几种常用的封装方法。图3是一种带夹具的圆柱体试件
6、。利用聚四氟乙烯垫紧压在试件上密封。图3带聚四氟乙烯垫及 图4 环氧树脂涂覆的试件 图5 玻璃套管封装的试件螺纹连接的圆柱形试件 图4是用环氧树脂涂覆在预钝化过的圆柱形试件，一端引出导线，一端打磨成试验表面。图6 石蜡松香封装的试件 图7清漆和油胶封装的试件图5是通过有磨口的玻璃套管与涂有清漆薄层的金属试件之间的紧密配合达到密封的目的。导线由玻璃管内引出。图6是用松香加石蜡封装的薄长方体试件。在封装前先用30%硝酸钝化一小时，在封装时留下试验表面（可以用一定形状的橡皮塞压紧，在涂覆时使涂料不能渗入），在封装后用细砂纸仔细打磨光亮，除去试验表面的钝化膜。图7是用清漆和油胶封装的试件。一个用螺丝压
7、紧连结引出导线，另一个用汞柱接触连结。根据试验的需要，有的试件可在封装前预钝化。引出线可以用焊接，铆接，螺钉连接和汞接触连接等。3、 实验条件 （1）试件个数 ： 同一试验通常采用35个平行试件。在同一试验容器中只可以进行一个或几个同一材质的平行试件的腐蚀试验。（2）试验溶液的体积取决于试件的表面积和腐蚀过程的预期速度。试件面积越大，腐蚀速度越快，所需试验周期越长者，试验溶液的体积就需要越大，以保证腐蚀过程中溶液的组分不会有太大的变化。大约每平方厘米的试件表面需要20至500毫升的试验溶液。下限适用于比较温和的条件和不很长的试验时间，上限适用于比较苛刻的条件以及较长时间的试验。（3）试验时间可
8、以用 来估计。一般在48168小时之间。有的教学实验由于教学时间的限制，可压缩实验周期，只进行基本方法的训练。（4）试验温度： 要尽量模拟实际腐蚀介质的温度。4、 腐蚀产物的清除清除腐蚀产物要最大限度地除净试件上的腐蚀产物而又尽可能不损伤试件的基体，以减少误差。清除腐蚀产物的方法可以分为：（1）机械方法：即用毛刷、橡皮、滤纸甚至用砂纸擦，有时还可用喷砂的方法除去。用自来水冲刷。必须避免损伤金属基体。（2）化学方法：即选择适宜的溶剂，去膜剂及去膜条件，要力求腐蚀产物溶解快，空白失重小，操作简便。表1介绍几种化学除膜剂的配方及使用条件。在浸洗后用橡皮、刷子擦除腐蚀产物。表1 几种化学除膜剂试件材质
9、除膜剂的配方除膜条件铜和铜合金510硫酸溶液或1520%盐酸溶液室温，几分钟，橡皮擦，刷子刷铁和钢20%盐酸溶液或硫酸溶液+有机缓蚀剂；3040，擦除20%氢氧化钠+10%锌粉；沸腾浓盐酸+50克/升氯化锡+20克/升三氯化 锑 室温，擦除铝和铝合金70%硝酸溶液室温，3分钟，擦除2%氧化铬的磷酸溶液7885，10分钟，擦除不锈钢10%硝酸溶液60，至洗净为止，忌带氯离子（2）去膜条件溶液 5%硫酸缓蚀剂 有机缓蚀剂（如若丁）2毫升/升（饱和溶液）阳极 石墨阴极 试件阴极电流密度 0.2安培/厘米2（3）电化学方法： 将一直流电源的负极接到待清除腐蚀产物的试件上组成阴极，用一辅助电极（石墨或铅
10、）作阳极，在适当的去膜液中通电，介质中的氢离子在阴极析出氢气，阴极表面原有的腐蚀产物因氢气泡的作用拱起剥落，残留的疏松锈层用机械方法即可冲刷除净。五、 实验报告要求1、实验目的与要求2、实验原理或实验方案3、问题与讨论六、 思考题1、在制作腐蚀实验样品的取样过程中要注意哪些事项？2、为什么在进行腐蚀实验时，需要专门制作样品？实验项目名称：实验二、金属制品腐蚀率的测定实验项目性质：综合性所属课程名称：金属腐蚀与防护实验计划学时：6学时一、 实验目的：1、掌握用失重法、容量法测定金属腐蚀速度的一般原理和基本方法2、用失重法、容量法测定铝及铝合金在盐酸中的腐蚀速度。二、 实验内容和要求金属受到均匀腐
11、蚀时的腐蚀速度的表示方法一般有两种：一种是在单位时间内、单位面积上金属损失（或增加）的重量来表示，通常采用的单位是克/米2.小时；另一种是用单位时间内金属腐蚀的深度来表示，通常采用的单位是毫米/年。目前测定金属腐蚀的方法很多，有重量法、容量法、极化曲线法、线性极化法（即极化阻力法）、电阻法等等。本实验主要内容和要求有：1、失重法测定铝及铝合金在盐酸中的腐蚀速度铝在盐酸溶液中，由于自然生长的一层保护膜被破坏而发生活性溶解，这种腐蚀属于阴极氢去极化的电化学腐蚀（析氢腐蚀）其电化学反应式为： Al =Al3+ + 3e 2H+ +2e = H2这种腐蚀是均匀的，而且生成的腐蚀产物：三氯化铝溶于盐酸中
12、。在腐蚀的过程中，铝的重量损失即为被腐蚀的金属量。被腐蚀的金属量可按下列公式计算出单位面积铝失重量： V- 铝失重时的腐蚀速度克 /米2.小时 。 Wo 铝腐蚀前的重量克。 W1 腐蚀后并清除腐蚀产物的重量克。 S 样品的表面积。 t 腐蚀进行的时间小时。因此通过测定纯铝试片在腐蚀前后的重量变化，就可以确定纯铝在盐酸介质中的耐腐蚀性。2、容量法测定铝及铝合金在盐酸中的腐蚀速度容量法是对于伴随析氢或吸氧的腐蚀过程，通过测定一定时间内的析氢量或吸氧量来计算金属的腐蚀速度的方法。许多金属在溶液中，某些电负性较强的金属在中性甚至于在碱性溶液中，都会发生氢去极化作用而遭到腐蚀。其中阳极过程 M Mn+
13、+ ne阴极过程 nH+ + ne 在阳极上金属不断失去电子而溶解的同时，溶液中的氢离子与阴极上过剩的电子结合而析出氢气。金属溶解和氢析出的量相当。即有一摩尔量的金属溶解，就有一摩尔量的氢析出。由实验测出一定时间内的析氢体积VH（毫升），由气压计读出大气压力P（毫米汞柱）和用温度计读出室温，并查出该室温下饱和水蒸汽的压力PH2O（毫米汞柱）。根据理想气体状态方程式 PV NRT (1)可以计算出所析出氢气的摩尔数 (2)为了得到更准确的结果，还应考虑到氢在该实验介质中的溶解量VH ，即由表上查出室温下氢在该介质中的溶解度（厘米3/厘米3），（可用氢在水中的溶解度近似计算，并略去氢在量气管的水中
14、的溶解量）乘以该介质的体积（厘米3）。则金属的腐蚀速度 (3)式中 N金属的氧化还原摩尔量，克；S金属的暴露面积，米2；T金属腐蚀的时间，小时；R 气体状态常数62.36毫升毫米汞柱103/摩尔度。容量法也可用于伴随吸氧的腐蚀过程，此时阴极反应是测定一定容积中氧气的减少量，计算方法类似于析氢过程。3、要求学生独立完成本实验。4、要求分析比较这两种方法的优劣。5、通过本综合性实验，要求掌握测定金属腐蚀率的一些基本单位换算方法。6、通过对实验数据的计算，要求掌握关于金属腐蚀与防护工程实践中，常用的腐蚀失重法熟练计算。7、要求学会对测试出的各种金属腐蚀率进行分析并解决在测试过程中碰到问题所考虑的解决方法。
