基于酸性环境下Zn-Mg合金电化学腐蚀实验分析

楚琳

摘 要：Zn-Mg合金会在酸性环境之下产生电化学腐蚀的现象，研究此现象可以进一步把握Zn-Mg合金材料的特性，有利于人们日后对于Zn-Mg合金的研究和应用。本文简单对于酸性环境之下Zn-Mg合金产生电化学腐蚀现象的实验进行探究分析，努力为中学化学专业的师生提供可以参考的实验模板，从而使得化学专业师生能够增加该实验的成功率，得到可以使用的有效数据。

关键词：酸性环境;Zn-Mg合金;电化学腐蚀

电化学腐蚀是一种最为常见的金属腐蚀原理之一，当金属材料暴露在湿润的大气或者水溶液之中时，因为周围环境中包含的水分，会使金属的表层被水膜所包围，随之产生氧化反应，造成微电池[1]。氧化环境是指地表氧化还原环境的种类之一，主要指氧化还原电位较高和富含游离氧及其他氧化剂的环境。氧化反应则是指物质失电子的作用，与之相反的物质得电子的作用名称为还原。产生氧化反应是形成微电池的原因之一，环境对于是否产生氧化反应具有决定性作用。电化学方法是指使用电化学的测量技术在实验过程中观察金属材料的具体腐蚀情况，适用于有关金属合金类材料的研究实验，电化学方法更适合观察策略时间较短的金属腐蚀现象，如果金属腐蚀现象的时间较长，需要更换实验方法。在酸性环境下，研究分析Zn-Mg合金的电化学腐蚀反应，意图优化有关Zn-Mg合金的实验方案，为化学专业的学生提供更加精准有效的关于Zn-Mg合金化学特性的一些实验数值。

1 实验准备

本次实验所使用的Zn-Mg合金均为平均5?m粒径的红色颗粒状态，纯度保持99%，盐酸溶液同样纯度保持99%。实验材料的精准把握有利于实验的顺利进行，如果化学材料中数值出现太大偏差，整个实验结果都会受到影响。同理，进行实验前，需要选择出最适合的实验材料状态，以本次实验而言，Zn-Mg合金材料的大小、体积都是进行过精心选择的。实验材料为U形管、胶头滴管、锥形瓶等器材。实验器材也需在实验开始前进行检测，精准的实验器材是实验顺利进行的条件和保障。使用Zn-Mg合金的粉末状态是因为粉末的体积小，接触面积大，在实验中能够充分接触盐酸溶液，加速反應的过程[2]。同时，体积越小的实验材料，在实验中越容易把握比例，控制实验进度。本次实验利用三电极体系进行测试研究，以光亮铂电极作为辅助，将饱和甘汞电极作为参比。100g/L MgSO47H2O，350g/L ZnSO47H2O混合成本次实验中主要使用的Zn-Mg合金粉末溶液，添加剂为聚乙二醇和十八烷基二甲基苄基氯化铵，2g/L浓度值。

2 实验过程

2.1 尽量排除环境的干扰

实验工作人员保持好实验室的恒温状态，不要让环境差异这些因素影响了实验结果，组装准备好实验所需器具并进行多次检查，做好自身安全的防护。化学实验具有一定的危险性，实验人员需严格按照标准操作步骤，在实验室除把握实验进程严格掌控实验步骤外，还要重视自身的安全。化学材料往往具有腐蚀性、易燃性等特点，需要实验人员细心操作。环境是影响实验结果的重要因素，相对稳定的环境和完善的设施，是保障实验顺利进行的必备条件，环境和设备的失误都会影响到实验得出的结果。对环境的检测需要注重细节问题，不仅是温度、湿度等，还包括电磁干扰、微生物菌种、噪声等一系列需要细心观察的影响因素。想要成功进行化学实验，必须在实验前进行准备工作，准备工作越细心越完善，进行实验时造成失误的概率会有效降低。

2.2 按照标准完成实验步骤

取粉末状Zn-Mg合金进行研磨倒入锥形瓶中，使用胶头滴管吸入规定体积及浓度的盐酸溶液并塞入三孔塞，打开空气阀门使得锥形瓶达到相同数值的瓶内外压力，随后关闭空气阀门。通过胶头滴管一次性加入盐酸溶液，及时观察U形管中的实验变化，记录实验数据。对于化学实验，每一个器材每一个步骤都有自己的使用方法和操作流程。在进行此类化学实验时，不仅要注重对于化学材料使用量的掌握，还要每一个步骤都尽量进行得完善标准。

2.3 记录数值保持精准

在实验过程中记录不同的盐酸溶液体积进行实验所得出的不同参数下的数据，将数据进行对比分析。在进行实验时，一定要细心观察，将得到的实验数值及时准确记录下来。在有些时候，进行实验时化学反应过快，很容易发生观察失误和记录数值不够精准的现象。因此，在进行化学实验时，身边最好用同伴帮助或机器辅助。无论实验的流程有多完善，实验操作有多标准，一旦将数值记录失误，所进行的实验都不能算是一次成功的实验。

3 实验结果

当盐酸溶液的酸碱度处于pH=6.8时，经过24h的盐酸溶液浸泡，Zn-Mg合金的表层腐蚀状态逐渐趋于稳定。通过实验可以得出，盐酸体积越小，粉末状Zn-Mg合金与盐酸接触程度越轻;反之，盐酸溶液的体积越大，粉末状Zn-Mg合金同盐酸溶液的接触程度越重，粉末状Zn-Mg合金与盐酸溶液的混合越充分。当盐酸溶液的浓度比0.01mol/L，析氢腐蚀现象和吸氧腐蚀现象两种状况不会太过明显的出现。本次实验粉末状Zn-Mg合金设置为5.5g的总质量，混合盐酸及粉末状Zn-Mg合金的盐酸的浓度在0.1mol/L和2mol/L之间。

4 结论分析

基于酸性环境下，在初期阶段的电化学腐蚀现象中，Zn-Mg合金的金属原子在盐酸溶液中或与Zn-Mg合金表层的金属离子相结合，或同盐酸溶液中的一些成分相结[3]。与Zn-Mg合金原子产生结合的Zn-Mg合金金属离子产生于活性阳极，在Zn-Mg合金被溶解之后才出现。因为Zn-Mg合金中有Mg元素的存在，Zn-Mg合金有着程度较低的电化学阻抗值和腐蚀电位。当Zn-Mg合金电化学腐蚀实验进入到后期阶段，电化学腐蚀的时间会不断增长延长，在不断的盐酸溶液腐蚀下，Zn-Mg合金中的Mg元素会不断消耗直至消失，Zn-Mg合金的表层的电化学腐蚀现象并未持续。在酸性环境下，Zn-Mg合金不断被腐蚀，Zn-Mg合金的表层会形成一个用以保护Zn-Mg合金不受腐蚀的钝化膜[4]。这层钝化膜的出现，使得Zn-Mg合金在酸性环境下被腐蚀的程度降低，也使阻抗值和腐蚀电位的数值出现了明显的提升。

5 总结

本次基于酸性环境下，对于Zn-Mg合金所产生的电化学腐蚀现象进行研究，主要采用25℃的恒温下，取用5.5粉末状态的Zn-Mg合金，加入不同体积的盐酸溶液，观察Zn-Mg合金的反应[5]。当盐酸溶液的酸碱度处在pH=6.8时，浸泡其中的Zn-Mg合金粉末表层腐蚀程度会在24h之后趋于稳定。在体积不一的盐酸溶液的实验组合下，对应本次实验的各项条件，Zn-Mg合金所产生的电化学腐蚀现象相对来说是不同的。在电化学腐蚀现象经过一定的时间节点之后，Zn-Mg合金的表层会产生专门保护合金的钝化膜[6]。希望本文对于酸性环境下Zn-Mg合金电化学腐蚀现象的实验分析，能够为化学专业的师生提供一些参考，也能为化学专业和Zn-Mg合金的发展提供一些理论依据。

参考文献：

[1]陈送义，刘强，陈康华，黄兰萍.低温轧制及时效热处理对Al-Zn-Mg铝合金显微组织与性能的影响[J].粉末冶金材料科学与工程，2020，25（01）：16-26+34.

[2]叶凌英，杨汶卿，唐建国，刘胜胆，邓运来，张新明.时效制度对Al–Zn-Mg合金组织和抗应力腐蚀性能的影响[J].工程科学学报，2019，41（12）：1575-1582.

[3]刘昕，刘灿楼，于武刚，张开雷，江社明，张启富.合金元素对新型Zn-Mg-Ni-V-Al合金镀层可镀性和耐蚀性的影响[J].腐蚀与防护，2018，39（12）：924-929+940.

[4]焦慧彬，陈康华，杨振，陈送义，王会平，马云龙.Si及热处理对Al- Zn- Mg- Cu合金显微组织和腐蚀行为的影响[J].华南理工大学学报（自然科学版），2018，46（11）：68-75.

[5]白凤妮.计算机仿真模拟的冷却速率对Al-Zn-Mg-Cu合金材料的剥落腐蚀行为影响[J].科技传播，2018，10（18）：143-146.

[6]刘丹阳，汪洁霞，李劲风，陈永来，张绪虎，许秀芝，郑子樵.Mg，Ag，Zn微合金化Al-Cu-Li系铝锂合金T6态时效的晶间腐蚀行为[J].中国腐蚀与防护学报，2018，38（02）：183-190.