酸性環境下Zn-Mg合金電化學腐蝕實驗研究

姜娟娟

（離石區江陰初級中學，山西 呂梁 033000）

關于酸性環境下Zn-Mg合金進行電化學腐蝕的實驗研究，要明確一個概念，就是何謂“電化學腐蝕”？所謂的“電化學腐蝕”，是金屬腐蝕原理中最為人所知的一種。當金屬暴露在水溶液中或濕潤的大氣中時，就會形成微電池[1]。金屬的腐蝕原因主要是由于大氣中包含的水分，使得金屬表面被包裹了水膜，從而發生氧化反應[2]。本文選擇了電化學方法來進行在酸性環境下Zn-Mg合金的電化學腐蝕的實驗，電化學方法就是利用電化學測量技術觀察金屬的腐蝕情況。此方法不適合長期的腐蝕現象，但對短期的金屬腐蝕現象，尤其是對關于金屬合金的實驗研究很適用。通過酸性環境下Zn-Mg合金電化學腐蝕實驗研究，對Zn-Mg合金的電化學腐蝕反應進行實驗，旨在優化實驗方案，為學習Zn-Mg合金化學特性提供有效可用的實驗數值。

1 實驗準備

本次實驗所用合金粉末采購于遼寧省沈陽化學試劑廠，所購Zn-Mg合金粉末的粒徑控制為平均5μm，保證99.9%的純度，顏色為紅色，形狀是顆粒狀。鹽酸溶液采購于江陰市化學試劑廠，同樣保證99.9%的純度。

本次實驗中測試均利用傳統的三電極體系來進行，光亮鉑電極（Pt）是輔助，參比則使用飽和甘汞電極（SCE）。Zn-Mg合金粉末溶液組成：350g/L ZnSO47H2O,100 g/L MgSO47H2O；以十八烷基二甲基芐基氯化銨(OC)和聚乙二醇(PEG)作添加劑,濃度值設定為2g/L。

表1 部分實驗材料的使用意圖

2 實驗過程

①準備好實驗室環境，保持溫度在恒溫狀態；②實驗工作人員做好防護準備；③組裝實驗器具；④檢查實驗設備的密閉程度；⑤按照化學實驗標準，準確稱取Zn-Mg合金粉末，將合金粉末充分研磨，最后謹慎倒入實驗器具，即錐形瓶中；⑥小力搖晃錐形瓶使倒入瓶中的Zn-Mg合金粉末鋪平在錐形瓶的瓶底；⑦使用膠頭滴管，按照實驗要求的濃度和體積吸入鹽酸溶液，將其塞入三孔塞中，打開空氣閥門，使錐形瓶內外的壓力達到相同數值后關閉；⑧通過擠壓膠頭滴管，將加入錐形瓶中的酸擠入，必須一次性加入，不可分多次進行。觀察U形管中的變化并記錄；⑨設置鹽酸不同體積，記錄不同參數下的實驗結果，用以數據對比。

3 實驗結果

圖1 鹽酸體積不同的實驗數據圖

根據實驗數據表明：Zn-Mg合金粉末浸泡在酸堿度在pH=6.8的鹽酸溶液中，24小時后Zn-Mg合金的表面被腐蝕程度已經趨于穩定狀態。

根據圖1，可以看到，關于鹽酸體積，Zn-Mg合金在鹽酸體積較小時，粉末與酸液的接觸面積小；而酸液體積較大時，便能使Zn-Mg合金粉末與酸液的充分混合。所以此次實驗設置的Zn-Mg合金粉末總質量為5.5g，正好混合粉末和酸液的鹽酸濃度為0.1～2mol/L。當鹽酸濃度小于0.01mol/L時，不會明顯觀察出析氫腐蝕和吸氧腐蝕現象。

4 實驗結論

實驗結果表明:在酸性環境下，電化學腐蝕初期,在鹽酸溶液中，Zn-Mg合金的金屬原子和鹽酸溶液中的成分結合，或者與Zn-Mg合金表面的金屬離子結合，這種金屬離子產自于活性陽極，溶解之后出現，正是由于Zn-Mg合金中存在的Mg元素，Zn-Mg合金的腐蝕電位和電化學阻抗值是較低的。實驗進行到后期，電化學腐蝕時間不斷延長,Zn-Mg合金中的Mg元素消耗殆盡,Zn-Mg合金表面沒有持續電化學腐蝕初期的腐蝕狀況，當Zn-Mg合金表面形成一個鈍化膜之后，鹽酸對Zn-Mg合金粉末的腐蝕就會受到阻礙，鈍化膜保護著Zn-Mg合金不繼續受到腐蝕。它的出現保護了Zn-Mg合金，降低了酸性環境對Zn-Mg合金的繼續腐蝕，也使得腐蝕電位和阻抗值出現了明顯的數值提升。

5 結語

本文的實驗研究探究了酸性環境下Zn-Mg合金電化學腐蝕實驗研究，在不同的鹽酸體積的實驗條件組合下，對應這些實驗條件，Zn-Mg合金的電化學腐蝕反應相對不同，最后得出此次實驗在反應現象到達一定的時間后，Zn-Mg合金表面生成鈍化膜保護合金。本文可以為中學化學教師提供參考，幫助教師根據教學的需要以及現實情況選擇何種實驗進行教學，學生通過觀察本實驗也會了解關于Zn-Mg合金的電化學腐蝕的化學知識。希望本文的實驗研究能夠為Zn-Mg合金的發展或者化學專業的發展提供理論依據。