基于酸性環(huán)境下Zn-Mg合金電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)分析

楚琳

摘 要：Zn-Mg合金會(huì)在酸性環(huán)境之下產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象，研究此現(xiàn)象可以進(jìn)一步把握Z(yǔ)n-Mg合金材料的特性，有利于人們?nèi)蘸髮?duì)于Zn-Mg合金的研究和應(yīng)用。本文簡(jiǎn)單對(duì)于酸性環(huán)境之下Zn-Mg合金產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究分析，努力為中學(xué)化學(xué)專(zhuān)業(yè)的師生提供可以參考的實(shí)驗(yàn)?zāi)０?，從而使得化學(xué)專(zhuān)業(yè)師生能夠增加該實(shí)驗(yàn)的成功率，得到可以使用的有效數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：酸性環(huán)境;Zn-Mg合金;電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕是一種最為常見(jiàn)的金屬腐蝕原理之一，當(dāng)金屬材料暴露在濕潤(rùn)的大氣或者水溶液之中時(shí)，因?yàn)橹車(chē)h(huán)境中包含的水分，會(huì)使金屬的表層被水膜所包圍，隨之產(chǎn)生氧化反應(yīng)，造成微電池[1]。氧化環(huán)境是指地表氧化還原環(huán)境的種類(lèi)之一，主要指氧化還原電位較高和富含游離氧及其他氧化劑的環(huán)境。氧化反應(yīng)則是指物質(zhì)失電子的作用，與之相反的物質(zhì)得電子的作用名稱(chēng)為還原。產(chǎn)生氧化反應(yīng)是形成微電池的原因之一，環(huán)境對(duì)于是否產(chǎn)生氧化反應(yīng)具有決定性作用。電化學(xué)方法是指使用電化學(xué)的測(cè)量技術(shù)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察金屬材料的具體腐蝕情況，適用于有關(guān)金屬合金類(lèi)材料的研究實(shí)驗(yàn)，電化學(xué)方法更適合觀察策略時(shí)間較短的金屬腐蝕現(xiàn)象，如果金屬腐蝕現(xiàn)象的時(shí)間較長(zhǎng)，需要更換實(shí)驗(yàn)方法。在酸性環(huán)境下，研究分析Zn-Mg合金的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，意圖優(yōu)化有關(guān)Zn-Mg合金的實(shí)驗(yàn)方案，為化學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生提供更加精準(zhǔn)有效的關(guān)于Zn-Mg合金化學(xué)特性的一些實(shí)驗(yàn)數(shù)值。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本次實(shí)驗(yàn)所使用的Zn-Mg合金均為平均5?m粒徑的紅色顆粒狀態(tài)，純度保持99%，鹽酸溶液同樣純度保持99%。實(shí)驗(yàn)材料的精準(zhǔn)把握有利于實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，如果化學(xué)材料中數(shù)值出現(xiàn)太大偏差，整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都會(huì)受到影響。同理，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，需要選擇出最適合的實(shí)驗(yàn)材料狀態(tài)，以本次實(shí)驗(yàn)而言，Zn-Mg合金材料的大小、體積都是進(jìn)行過(guò)精心選擇的。實(shí)驗(yàn)材料為U形管、膠頭滴管、錐形瓶等器材。實(shí)驗(yàn)器材也需在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前進(jìn)行檢測(cè)，精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)器材是實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的條件和保障。使用Zn-Mg合金的粉末狀態(tài)是因?yàn)榉勰┑捏w積小，接觸面積大，在實(shí)驗(yàn)中能夠充分接觸鹽酸溶液，加速反應(yīng)的過(guò)程[2]。同時(shí)，體積越小的實(shí)驗(yàn)材料，在實(shí)驗(yàn)中越容易把握比例，控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。本次實(shí)驗(yàn)利用三電極體系進(jìn)行測(cè)試研究，以光亮鉑電極作為輔助，將飽和甘汞電極作為參比。100g/L MgSO47H2O，350g/L ZnSO47H2O混合成本次實(shí)驗(yàn)中主要使用的Zn-Mg合金粉末溶液，添加劑為聚乙二醇和十八烷基二甲基芐基氯化銨，2g/L濃度值。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1 盡量排除環(huán)境的干擾

實(shí)驗(yàn)工作人員保持好實(shí)驗(yàn)室的恒溫狀態(tài)，不要讓環(huán)境差異這些因素影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，組裝準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需器具并進(jìn)行多次檢查，做好自身安全的防護(hù)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性，實(shí)驗(yàn)人員需嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作步驟，在實(shí)驗(yàn)室除把握實(shí)驗(yàn)進(jìn)程嚴(yán)格掌控實(shí)驗(yàn)步驟外，還要重視自身的安全。化學(xué)材料往往具有腐蝕性、易燃性等特點(diǎn)，需要實(shí)驗(yàn)人員細(xì)心操作。環(huán)境是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要因素，相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境和完善的設(shè)施，是保障實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的必備條件，環(huán)境和設(shè)備的失誤都會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果。對(duì)環(huán)境的檢測(cè)需要注重細(xì)節(jié)問(wèn)題，不僅是溫度、濕度等，還包括電磁干擾、微生物菌種、噪聲等一系列需要細(xì)心觀察的影響因素。想要成功進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，必須在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備工作越細(xì)心越完善，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)造成失誤的概率會(huì)有效降低。

2.2 按照標(biāo)準(zhǔn)完成實(shí)驗(yàn)步驟

取粉末狀Zn-Mg合金進(jìn)行研磨倒入錐形瓶中，使用膠頭滴管吸入規(guī)定體積及濃度的鹽酸溶液并塞入三孔塞，打開(kāi)空氣閥門(mén)使得錐形瓶達(dá)到相同數(shù)值的瓶?jī)?nèi)外壓力，隨后關(guān)閉空氣閥門(mén)。通過(guò)膠頭滴管一次性加入鹽酸溶液，及時(shí)觀察U形管中的實(shí)驗(yàn)變化，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)，每一個(gè)器材每一個(gè)步驟都有自己的使用方法和操作流程。在進(jìn)行此類(lèi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅要注重對(duì)于化學(xué)材料使用量的掌握，還要每一個(gè)步驟都盡量進(jìn)行得完善標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 記錄數(shù)值保持精準(zhǔn)

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄不同的鹽酸溶液體積進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所得出的不同參數(shù)下的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要細(xì)心觀察，將得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)值及時(shí)準(zhǔn)確記錄下來(lái)。在有些時(shí)候，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)化學(xué)反應(yīng)過(guò)快，很容易發(fā)生觀察失誤和記錄數(shù)值不夠精準(zhǔn)的現(xiàn)象。因此，在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，身邊最好用同伴幫助或機(jī)器輔助。無(wú)論實(shí)驗(yàn)的流程有多完善，實(shí)驗(yàn)操作有多標(biāo)準(zhǔn)，一旦將數(shù)值記錄失誤，所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)都不能算是一次成功的實(shí)驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)鹽酸溶液的酸堿度處于pH=6.8時(shí)，經(jīng)過(guò)24h的鹽酸溶液浸泡，Zn-Mg合金的表層腐蝕狀態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出，鹽酸體積越小，粉末狀Zn-Mg合金與鹽酸接觸程度越輕;反之，鹽酸溶液的體積越大，粉末狀Zn-Mg合金同鹽酸溶液的接觸程度越重，粉末狀Zn-Mg合金與鹽酸溶液的混合越充分。當(dāng)鹽酸溶液的濃度比0.01mol/L，析氫腐蝕現(xiàn)象和吸氧腐蝕現(xiàn)象兩種狀況不會(huì)太過(guò)明顯的出現(xiàn)。本次實(shí)驗(yàn)粉末狀Zn-Mg合金設(shè)置為5.5g的總質(zhì)量，混合鹽酸及粉末狀Zn-Mg合金的鹽酸的濃度在0.1mol/L和2mol/L之間。

4 結(jié)論分析

基于酸性環(huán)境下，在初期階段的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象中，Zn-Mg合金的金屬原子在鹽酸溶液中或與Zn-Mg合金表層的金屬離子相結(jié)合，或同鹽酸溶液中的一些成分相結(jié)[3]。與Zn-Mg合金原子產(chǎn)生結(jié)合的Zn-Mg合金金屬離子產(chǎn)生于活性陽(yáng)極，在Zn-Mg合金被溶解之后才出現(xiàn)。因?yàn)閆n-Mg合金中有Mg元素的存在，Zn-Mg合金有著程度較低的電化學(xué)阻抗值和腐蝕電位。當(dāng)Zn-Mg合金電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)進(jìn)入到后期階段，電化學(xué)腐蝕的時(shí)間會(huì)不斷增長(zhǎng)延長(zhǎng)，在不斷的鹽酸溶液腐蝕下，Zn-Mg合金中的Mg元素會(huì)不斷消耗直至消失，Zn-Mg合金的表層的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象并未持續(xù)。在酸性環(huán)境下，Zn-Mg合金不斷被腐蝕，Zn-Mg合金的表層會(huì)形成一個(gè)用以保護(hù)Zn-Mg合金不受腐蝕的鈍化膜[4]。這層鈍化膜的出現(xiàn)，使得Zn-Mg合金在酸性環(huán)境下被腐蝕的程度降低，也使阻抗值和腐蝕電位的數(shù)值出現(xiàn)了明顯的提升。

5 總結(jié)

本次基于酸性環(huán)境下，對(duì)于Zn-Mg合金所產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行研究，主要采用25℃的恒溫下，取用5.5粉末狀態(tài)的Zn-Mg合金，加入不同體積的鹽酸溶液，觀察Zn-Mg合金的反應(yīng)[5]。當(dāng)鹽酸溶液的酸堿度處在pH=6.8時(shí)，浸泡其中的Zn-Mg合金粉末表層腐蝕程度會(huì)在24h之后趨于穩(wěn)定。在體積不一的鹽酸溶液的實(shí)驗(yàn)組合下，對(duì)應(yīng)本次實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)條件，Zn-Mg合金所產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象相對(duì)來(lái)說(shuō)是不同的。在電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)之后，Zn-Mg合金的表層會(huì)產(chǎn)生專(zhuān)門(mén)保護(hù)合金的鈍化膜[6]。希望本文對(duì)于酸性環(huán)境下Zn-Mg合金電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)分析，能夠?yàn)榛瘜W(xué)專(zhuān)業(yè)的師生提供一些參考，也能為化學(xué)專(zhuān)業(yè)和Zn-Mg合金的發(fā)展提供一些理論依據(jù)。

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