動電位和循環動電位掃描

介紹

動電位掃和循環動電位掃描是利用Gamry電化學工作站進行的常用的測試方法。這些研究通常用于研究表面腐蝕。本篇應用報告介紹了這兩種實驗方法。有關基礎知識，請參考我們的應用報告“電化學腐蝕測量入門”。ASTM G59標準討論了動電位掃描，ASTM G61標準討論了循環動電位掃描。

動電位掃描方法

在這種類型的掃描中，電壓驅動陽極或陰極的反應。我們觀察到的是反應速度（電流）的總體變化。也就是，恒電位儀記錄施加在測試體系上不斷增加的電壓產生的電流。在總的陽極電流等于總的陰極電流時的電位就是開路電位（Eoc）。（如圖一所示）

圖1 顯示總電流陰、陽極枝的腐蝕過程

電位在一定范圍內進行掃描，同時記錄電流。對于陽極掃描，研究者常常從比較小的陰極極化范圍（略小于開路電位）開始掃描，對于陰極掃描，從比較小的陽極極化范圍（略大于開路電位）開始掃描。

循環動電位掃描方法

循環動電位掃描類似于動電位掃描，只是多了一步：電壓在一定范圍掃描后，再反向掃描至初始電位。掃描過程中，由于發生反應，電極表面很有可能改變，因此電壓反掃的數據不會與正向掃描重疊。

掃描參數

ASTM中建議掃描速率是0.1667mV/s。掃速過快通常會導致數據失真，因為樣品表面不能保持相對穩定。

數據

具有代表性的動電位掃描結果如圖2所示。

圖2 430不銹鋼合金在1mol/L H₂SO₄中的動電位掃描曲線

自變量（電位）繪制在縱軸上，因變量（電流）繪制在橫軸上。

這種對不銹鋼樣品在硫酸中的掃描可以解釋為：

圖3 圖2中用顏色表示的各種重要電壓，電流和區域

當電壓從-550mV慢慢增加，電流在陰極區（紫色）下降至Ecorr小處，然后在金屬發生氧化的活化區域（綠色）再次上升。在鈍化電位Epp時達到大值。電流在過渡區（黃色）再次下降，然后在鈍化區（粉色區）較低部分保持相對穩定，電位高于600mV時，表面擊穿會導致樣品表面產生點蝕或溶解。

注意Ecorr附近區域，該區域類似圖1中的理想狀態。

Gamry電化學工作站足夠靈敏，能夠檢測到p*以下的電流，如圖4所示。

圖4 使用Gamry Reference 600 +™在脫氣的海水中測得的奧氏體不銹鋼的低電流動電位掃描曲線

圖4中，樣品本身沒有電化學活性，很可能只是水的氧化。

如前面所述，這些掃描的電化學變化會導致樣品表面性破壞。循環動電位掃描結果能顯示出這個特征。

圖5 沒有點蝕的循環動電位掃描曲線

另一個循環極化圖（圖6）顯示了沒有再鈍化的點蝕：

圖6 沒有再鈍化的點蝕循環極化圖

另一個具有點蝕和再鈍化的循環極化圖：

圖7 具有點蝕和再鈍化過程的循環極化圖

結論

動電位和循環動電位掃描都可以用來闡述各種與腐蝕相關的現象。