基于酸性環境下Zn-Mg合金電化學腐蝕實驗分析

楚琳

摘 要：Zn-Mg合金會在酸性環境之下產生電化學腐蝕的現象，研究此現象可以進一步把握Zn-Mg合金材料的特性，有利于人們日后對于Zn-Mg合金的研究和應用。本文簡單對于酸性環境之下Zn-Mg合金產生電化學腐蝕現象的實驗進行探究分析，努力為中學化學專業的師生提供可以參考的實驗模板，從而使得化學專業師生能夠增加該實驗的成功率，得到可以使用的有效數據。

關鍵詞：酸性環境;Zn-Mg合金;電化學腐蝕

電化學腐蝕是一種最為常見的金屬腐蝕原理之一，當金屬材料暴露在濕潤的大氣或者水溶液之中時，因為周圍環境中包含的水分，會使金屬的表層被水膜所包圍，隨之產生氧化反應，造成微電池[1]。氧化環境是指地表氧化還原環境的種類之一，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境。氧化反應則是指物質失電子的作用，與之相反的物質得電子的作用名稱為還原。產生氧化反應是形成微電池的原因之一，環境對于是否產生氧化反應具有決定性作用。電化學方法是指使用電化學的測量技術在實驗過程中觀察金屬材料的具體腐蝕情況，適用于有關金屬合金類材料的研究實驗，電化學方法更適合觀察策略時間較短的金屬腐蝕現象，如果金屬腐蝕現象的時間較長，需要更換實驗方法。在酸性環境下，研究分析Zn-Mg合金的電化學腐蝕反應，意圖優化有關Zn-Mg合金的實驗方案，為化學專業的學生提供更加精準有效的關于Zn-Mg合金化學特性的一些實驗數值。

1 實驗準備

本次實驗所使用的Zn-Mg合金均為平均5?m粒徑的紅色顆粒狀態，純度保持99%，鹽酸溶液同樣純度保持99%。實驗材料的精準把握有利于實驗的順利進行，如果化學材料中數值出現太大偏差，整個實驗結果都會受到影響。同理，進行實驗前，需要選擇出最適合的實驗材料狀態，以本次實驗而言，Zn-Mg合金材料的大小、體積都是進行過精心選擇的。實驗材料為U形管、膠頭滴管、錐形瓶等器材。實驗器材也需在實驗開始前進行檢測，精準的實驗器材是實驗順利進行的條件和保障。使用Zn-Mg合金的粉末狀態是因為粉末的體積小，接觸面積大，在實驗中能夠充分接觸鹽酸溶液，加速反應的過程[2]。同時，體積越小的實驗材料，在實驗中越容易把握比例，控制實驗進度。本次實驗利用三電極體系進行測試研究，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混合成本次實驗中主要使用的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 實驗過程

2.1 盡量排除環境的干擾

實驗工作人員保持好實驗室的恒溫狀態，不要讓環境差異這些因素影響了實驗結果，組裝準備好實驗所需器具并進行多次檢查，做好自身安全的防護。化學實驗具有一定的危險性，實驗人員需嚴格按照標準操作步驟，在實驗室除把握實驗進程嚴格掌控實驗步驟外，還要重視自身的安全。化學材料往往具有腐蝕性、易燃性等特點，需要實驗人員細心操作。環境是影響實驗結果的重要因素，相對穩定的環境和完善的設施，是保障實驗順利進行的必備條件，環境和設備的失誤都會影響到實驗得出的結果。對環境的檢測需要注重細節問題，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心觀察的影響因素。想要成功進行化學實驗，必須在實驗前進行準備工作，準備工作越細心越完善，進行實驗時造成失誤的概率會有效降低。

2.2 按照標準完成實驗步驟

取粉末狀Zn-Mg合金進行研磨倒入錐形瓶中，使用膠頭滴管吸入規定體積及濃度的鹽酸溶液并塞入三孔塞，打開空氣閥門使得錐形瓶達到相同數值的瓶內外壓力，隨后關閉空氣閥門。通過膠頭滴管一次性加入鹽酸溶液，及時觀察U形管中的實驗變化，記錄實驗數據。對于化學實驗，每一個器材每一個步驟都有自己的使用方法和操作流程。在進行此類化學實驗時，不僅要注重對于化學材料使用量的掌握，還要每一個步驟都盡量進行得完善標準。

2.3 記錄數值保持精準

在實驗過程中記錄不同的鹽酸溶液體積進行實驗所得出的不同參數下的數據，將數據進行對比分析。在進行實驗時，一定要細心觀察，將得到的實驗數值及時準確記錄下來。在有些時候，進行實驗時化學反應過快，很容易發生觀察失誤和記錄數值不夠精準的現象。因此，在進行化學實驗時，身邊最好用同伴幫助或機器輔助。無論實驗的流程有多完善，實驗操作有多標準，一旦將數值記錄失誤，所進行的實驗都不能算是一次成功的實驗。

3 實驗結果

當鹽酸溶液的酸堿度處于pH=6.8時，經過24h的鹽酸溶液浸泡，Zn-Mg合金的表層腐蝕狀態逐漸趨于穩定。通過實驗可以得出，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。當鹽酸溶液的濃度比0.01mol/L，析氫腐蝕現象和吸氧腐蝕現象兩種狀況不會太過明顯的出現。本次實驗粉末狀Zn-Mg合金設置為5.5g的總質量，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 結論分析

基于酸性環境下，在初期階段的電化學腐蝕現象中，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合，或同鹽酸溶液中的一些成分相結[3]。與Zn-Mg合金原子產生結合的Zn-Mg合金金屬離子產生于活性陽極，在Zn-Mg合金被溶解之后才出現。因為Zn-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阻抗值和腐蝕電位。當Zn-Mg合金電化學腐蝕實驗進入到后期階段，電化學腐蝕的時間會不斷增長延長，在不斷的鹽酸溶液腐蝕下，Zn-Mg合金中的Mg元素會不斷消耗直至消失，Zn-Mg合金的表層的電化學腐蝕現象并未持續。在酸性環境下，Zn-Mg合金不斷被腐蝕，Zn-Mg合金的表層會形成一個用以保護Zn-Mg合金不受腐蝕的鈍化膜[4]。這層鈍化膜的出現，使得Zn-Mg合金在酸性環境下被腐蝕的程度降低，也使阻抗值和腐蝕電位的數值出現了明顯的提升。

5 總結

本次基于酸性環境下，對于Zn-Mg合金所產生的電化學腐蝕現象進行研究，主要采用25℃的恒溫下，取用5.5粉末狀態的Zn-Mg合金，加入不同體積的鹽酸溶液，觀察Zn-Mg合金的反應[5]。當鹽酸溶液的酸堿度處在pH=6.8時，浸泡其中的Zn-Mg合金粉末表層腐蝕程度會在24h之后趨于穩定。在體積不一的鹽酸溶液的實驗組合下，對應本次實驗的各項條件，Zn-Mg合金所產生的電化學腐蝕現象相對來說是不同的。在電化學腐蝕現象經過一定的時間節點之后，Zn-Mg合金的表層會產生專門保護合金的鈍化膜[6]。希望本文對于酸性環境下Zn-Mg合金電化學腐蝕現象的實驗分析，能夠為化學專業的師生提供一些參考，也能為化學專業和Zn-Mg合金的發展提供一些理論依據。

參考文獻：

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