姜娟娟

（離石區(qū)江陰初級(jí)中學(xué)，山西 呂梁 033000）

關(guān)于酸性環(huán)境下Zn-Mg合金進(jìn)行電化學(xué)腐蝕的實(shí)驗(yàn)研究，要明確一個(gè)概念，就是何謂“電化學(xué)腐蝕”？所謂的“電化學(xué)腐蝕”，是金屬腐蝕原理中最為人所知的一種。當(dāng)金屬暴露在水溶液中或濕潤的大氣中時(shí)，就會(huì)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(fā)生氧化反應(yīng)[2]。本文選擇了電化學(xué)方法來進(jìn)行在酸性環(huán)境下Zn-Mg合金的電化學(xué)腐蝕的實(shí)驗(yàn)，電化學(xué)方法就是利用電化學(xué)測量技術(shù)觀察金屬的腐蝕情況。此方法不適合長期的腐蝕現(xiàn)象，但對(duì)短期的金屬腐蝕現(xiàn)象，尤其是對(duì)關(guān)于金屬合金的實(shí)驗(yàn)研究很適用。通過酸性環(huán)境下Zn-Mg合金電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)Zn-Mg合金的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，旨在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，為學(xué)習(xí)Zn-Mg合金化學(xué)特性提供有效可用的實(shí)驗(yàn)數(shù)值。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本次實(shí)驗(yàn)所用合金粉末采購于遼寧省沈陽化學(xué)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(xué)試劑廠，同樣保證99.9%的純度。

本次實(shí)驗(yàn)中測試均利用傳統(tǒng)的三電極體系來進(jìn)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(shè)定為2g/L。

表1 部分實(shí)驗(yàn)材料的使用意圖

2 實(shí)驗(yàn)過程

①準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，保持溫度在恒溫狀態(tài)；②實(shí)驗(yàn)工作人員做好防護(hù)準(zhǔn)備；③組裝實(shí)驗(yàn)器具；④檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)備的密閉程度；⑤按照化學(xué)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確稱取Zn-Mg合金粉末，將合金粉末充分研磨，最后謹(jǐn)慎倒入實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(nèi)外的壓力達(dá)到相同數(shù)值后關(guān)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(jìn)行。觀察U形管中的變化并記錄；⑨設(shè)置鹽酸不同體積，記錄不同參數(shù)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用以數(shù)據(jù)對(duì)比。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1 鹽酸體積不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(shí)后Zn-Mg合金的表面被腐蝕程度已經(jīng)趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)圖1，可以看到，關(guān)于鹽酸體積，Zn-Mg合金在鹽酸體積較小時(shí)，粉末與酸液的接觸面積?。欢嵋后w積較大時(shí)，便能使Zn-Mg合金粉末與酸液的充分混合。所以此次實(shí)驗(yàn)設(shè)置的Zn-Mg合金粉末總質(zhì)量為5.5g，正好混合粉末和酸液的鹽酸濃度為0.1～2mol/L。當(dāng)鹽酸濃度小于0.01mol/L時(shí)，不會(huì)明顯觀察出析氫腐蝕和吸氧腐蝕現(xiàn)象。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在酸性環(huán)境下，電化學(xué)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(jié)合，或者與Zn-Mg合金表面的金屬離子結(jié)合，這種金屬離子產(chǎn)自于活性陽極，溶解之后出現(xiàn)，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(xué)阻抗值是較低的。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到后期，電化學(xué)腐蝕時(shí)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(xù)電化學(xué)腐蝕初期的腐蝕狀況，當(dāng)Zn-Mg合金表面形成一個(gè)鈍化膜之后，鹽酸對(duì)Zn-Mg合金粉末的腐蝕就會(huì)受到阻礙，鈍化膜保護(hù)著Zn-Mg合金不繼續(xù)受到腐蝕。它的出現(xiàn)保護(hù)了Zn-Mg合金，降低了酸性環(huán)境對(duì)Zn-Mg合金的繼續(xù)腐蝕，也使得腐蝕電位和阻抗值出現(xiàn)了明顯的數(shù)值提升。

5 結(jié)語

本文的實(shí)驗(yàn)研究探究了酸性環(huán)境下Zn-Mg合金電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)研究，在不同的鹽酸體積的實(shí)驗(yàn)條件組合下，對(duì)應(yīng)這些實(shí)驗(yàn)條件，Zn-Mg合金的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)相對(duì)不同，最后得出此次實(shí)驗(yàn)在反應(yīng)現(xiàn)象到達(dá)一定的時(shí)間后，Zn-Mg合金表面生成鈍化膜保護(hù)合金。本文可以為中學(xué)化學(xué)教師提供參考，幫助教師根據(jù)教學(xué)的需要以及現(xiàn)實(shí)情況選擇何種實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生通過觀察本實(shí)驗(yàn)也會(huì)了解關(guān)于Zn-Mg合金的電化學(xué)腐蝕的化學(xué)知識(shí)。希望本文的實(shí)驗(yàn)研究能夠?yàn)閆n-Mg合金的發(fā)展或者化學(xué)專業(yè)的發(fā)展提供理論依據(jù)。