tafel曲线学习教程.pptx
提纲 1.强极化曲线的概念及主要参数2.数据获取：实验设计；获取数据；数据导出3.数据处理：数据导入及预处理；确定tafel区范围；计算参数；特殊情况的处理4.练习题 2第1页/共39页1.1 强极化曲线的概念 极化曲线（极化曲线（polarization curve)的概念：的概念：若一个电极上同时有几个电极反应进行，在电极电位 E 和电极的外测电流密度 I 的坐标系统中或在E与与lgI的坐标系统中表示电极电位与外测电流密度之间关系的曲线。1 3第2页/共39页1.1 强极化曲线的概念极化测量分为三类：线性极化测量（linear-polarization measurement)、弱极化测量（low-polarization measurement)和强极化测量（high-polarization measurement)三种。在此主要介绍强极化测量强极化测量方法及数据处理过程。强极化测量的优点是：分别进行两个方向的测量可以分别得到有关腐蚀过程阳极反应和阴极反应的可靠信息。1 4第3页/共39页1.1 强极化曲线的概念例如：当电极是腐蚀金属电极，溶液是腐蚀性溶液时，在电极上同时进行两个电极反应：一个是金属的阳极溶解反应，一个是去极化剂的阴极还原反应。用强极化曲线的方法可以分别由阳极部分曲线的参数得到阳极溶解反应的电极信息，由阴极部分曲线的参数得到阴极还原反应的电极信息1。5第4页/共39页理想的强极化曲线 66第5页/共39页1.2 公式及主要参数 Tafel关系式：=a+bLogi :过电位 a:电极材料不同，a值不同；b:(Tafel slope)反应机理不同，b值不同。i:电流密度Tafel斜率的单位：mV/dec7第6页/共39页试验步骤 8试验步骤第一步：查相关文献。多查几篇文献，找到文献中选择的扫描第一步：查相关文献。多查几篇文献，找到文献中选择的扫描范围，扫速等信息。范围，扫速等信息。第二步：第二步：进行开路电位测试。第三步：进行强极化曲线测试。其扫描范围一般为开路电位值-300mV开路电位值 +300mV +300mV，扫速可以直接用文献中的扫速。（扫速越慢，反应电，扫速可以直接用文献中的扫速。（扫速越慢，反应电极表面情况越准确）极表面情况越准确）第四步：根据试扫的结果调整扫描范围；第四步：根据试扫的结果调整扫描范围；8第7页/共39页2.2 开路电位测试9第8页/共39页2.2 开路电位测试 计数间隔运行时间最低电位最高电位修改各参数值10第9页/共39页2.2 tafel测试11再根据开路电位测试结果进行tafel测试第10页/共39页2.2 tafel测试扫描初始电位扫描速率测试次数 扫描结束电位静置时间灵敏度修改各参数值12第11页/共39页2.2 实验结果实验结果上图是低碳钢在20下在1M HCl溶液中的tafel图形，工作面积为1cm213第12页/共39页2.3 数据导出调节有效位数14第13页/共39页2.3 数据导出调节有效位数根据需要调节有效数字位数，通常选择4位或6位，本例中使用6位有效数字。有效数字位数15第14页/共39页2.3 数据导出16第15页/共39页2.3 数据导出转出的TXT文件就在对应的.bin文件所在文件夹中选择需要转出的.bin文件17第16页/共39页3.数据处理将方框内的文字删除，然后在原文件名后加“0”，另存。如该文件另存为“blank-1-tafel 0.txt”3.1 数据导入及预处理18第17页/共39页3.1 新建一个Origin文件19第18页/共39页导入单组TXT文件3.1 导入TXT数据单组数据20第19页/共39页导入多组TXT文件导入TXT数据多组数据21第20页/共39页3.1 作图将数据导入origin22第21页/共39页3.1 作图用鼠标选中所需的两列数据点击画图键画图23第22页/共39页3.1 作图关于作图的格式修改参见贺毓玲的“教程”及“Origin的使用”修改格式后的原始数据图片24第23页/共39页3.2 强极化曲线分区强极化曲线分为3个区，线性区、弱极化区和tafel区（即强极化区），做切线时应选择在tafel区，实际中一般从阴、阳极极化曲线的线性区开始处做切线。线性区弱极化区tafel区25第24页/共39页3.2 Tafel分析方法有两种分析方法阴极和阳极的tafel区做切线，外推，交点处对应的横纵坐标值分别为腐蚀电流密度的对数和腐蚀电位，将其中一条极化曲线的线性部分外推，与平衡电位线相交，所得的交点所对应的横纵坐标值为腐蚀电流密度的对数和腐蚀电位。需要注意的是，如果在自腐蚀电位附近阴极支切线和阳极支切线没有交点，则采用阴极支切线外推至与腐蚀阴极支切线外推至与腐蚀电位相交电位相交即可。1,2 26第25页/共39页3.2 找tafel区关键是如何确定关键是如何确定tafel区的位置以及长度，根据区的位置以及长度，根据电化学原理电化学原理：当过电位的绝对值当过电位的绝对值|nF 时，进入了强极化区。式中，时，进入了强极化区。式中，nF为为1mol Mn+携带的正电量数，携带的正电量数，为传递系数，且很多情况下实验求得的数值比较接近，因而一般取其值为。1,2 计算可得：计算可得：当当n=1时，时，|120 mV即进入了强极化区；即进入了强极化区；当当n=2时，时，|60 mV即进入了强极化区；即进入了强极化区；当当n=3时，时，27第26页/共39页3.2 找tafel区例如：对于铁和普通碳钢来说，在酸性溶液中腐蚀溶解例如：对于铁和普通碳钢来说，在酸性溶液中腐蚀溶解时，其时，其n=2，即，即|60 mV时就进入了强极化区。时就进入了强极化区。28注意：这种方法计算出的tafel区适合于一般体系，对于特殊体系不一定适用，特殊体系应参照具体文献中的数据处理方法。第27页/共39页3.2 找tafel区因此，对于实验结果，首先根据上述方法，将tafel区范围确定在合适范围内，再在该范围内找线性区。找线性区具体方法见张李娜Tafel slope 的数据获取及处理ppt，找到阴极支线性范围为-0.589-0.649 mV，阳极支线性范围为-0.469-0.409 mV。29第28页/共39页3.3 在CHI中分析数据30第29页/共39页3.3 在CHI中分析数据31第30页/共39页3.3 在CHI中分析数据修改tafel区范围腐蚀电压值bcbalogiclogia列表记录所得结果32第31页/共39页3.3 在CHI中分析数据33第32页/共39页3.3 斜率的计算bc、ba值分别为，11.183 单位（1/V）但一般Tafel斜率的单位：mV/dec因此bc值为：*ba值为：*34Ecorr(V vs.SCE)Cat Slp(1/V)Ano Slp(1/V)Cat Int(logi)-0.5299.39911.183-3.068第33页/共39页3.3 腐蚀电流密度的计算腐蚀电流密度的算法：先算出其腐蚀电流，值为10logi，再除以其工作面积。例如，对此电极，工作面积为1 cm2。计算过程如下：先计算腐蚀电流为10logi=10-3.068=(A)再计算其腐蚀电流密度为/1=855(A cm2)35Ecorr(V vs.SCE)Cat Slp(mV dec-1)Ano Slp(mV dec-1)Icorr(A/cm2)-0.529106.489.4855与文献3,4中运算结果无太大差别第34页/共39页3.4 对特殊情况的处理强极化曲线有两种不同情况：强极化曲线有两种不同情况：呈现呈现Tafel直线；直线；偏离偏离Tafel直线。对情况直线。对情况，将极化曲线，将极化曲线Tafel直线区外推至自腐蚀电位，直线区外推至自腐蚀电位，这一方法可以得到腐蚀电流密度及这一方法可以得到腐蚀电流密度及Tafel参数。对情况参数。对情况，由于，由于偏离的情况多种多样，比较复杂，需根据极化曲线背离偏离的情况多种多样，比较复杂，需根据极化曲线背离Tafel直直线的具体情况，采用不同的处理方法，获得腐蚀电流密度及极线的具体情况，采用不同的处理方法，获得腐蚀电流密度及极化斜率等其它参数。化斜率等其它参数。36第35页/共39页3.4 对特殊情况的处理导致情况导致情况出现的原因多种多样，其中由于出现的原因多种多样，其中由于强极化测量时极化电流密度很大，参比电极强极化测量时极化电流密度很大，参比电极与被测腐蚀金属之间溶液电阻引起的欧姆电与被测腐蚀金属之间溶液电阻引起的欧姆电位降也有可能导致偏离的出现，常见的数据位降也有可能导致偏离的出现，常见的数据处理方法为等间距测量方法处理方法为等间距测量方法1。美国人美国人E.McCafferty提出的修饰提出的修饰Tafel外延外延法法5也可用于偏离也可用于偏离Tafel直线时的数据处理。直线时的数据处理。注意：这里介绍的是适合于一般体系的处理方法，针对自己所做的体系还是应该参照具体文献中的数据处理方法。37第36页/共39页4.练习题请试分析附件中的“练习数据”的强极化曲线练习数据的工作电极工作面的直径为38第37页/共39页参考文献1曹楚南.腐烛电化学原理 第三版M.化学工业出版社,2008.2李荻.电化学原理第三版M.北京航空航天大学出版社,2008.3 Li,W.H.;He,Q.;Pei,C.L.;Hou,B.R.Some new triazole derivatives as inhibitors for mild steel corrosion in acidic medium.Appl.Electrochem.38(2008),289 295.4 A.K.Satapathy,G.Gunasekaran,S.C.Sahoo,Kumar Amit,P.V.Rodrigues,Corrosion inhibition by Justicia gendarussa plant extract in hydrochloric acid solution,Corros.Sci.51(2009)28482856.5 E.Me Cafferty.Validation of corrosion rates measured by the Tafel extrapolation method.J Corrosion Science,2005,47(12):3202一3215.39第38页/共39页感谢您的观看！第39页/共39页
