动电位和循环动电位扫描

介绍

动电位扫和循环动电位扫描是利用Gamry电化学工作站进行的常用的测试方法。这些研究通常用于研究表面腐蚀。本篇应用报告介绍了这两种实验方法。有关基础知识，请参考我们的应用报告“电化学腐蚀测量入门”。ASTM G59标准讨论了动电位扫描，ASTM G61标准讨论了循环动电位扫描。

 

动电位扫描方法

在这种类型的扫描中，电压驱动阳极或阴极的反应。我们观察到的是反应速度（电流）的总体变化。也就是，恒电位仪记录施加在测试体系上不断增加的电压产生的电流。在总的阳极电流等于总的阴极电流时的电位就是开路电位（Eoc）。（如图一所示）

图1 显示总电流阴、阳极枝的腐蚀过程

电位在一定范围内进行扫描，同时记录电流。对于阳极扫描，研究者常常从比较小的阴极极化范围（略小于开路电位）开始扫描，对于阴极扫描，从比较小的阳极极化范围（略大于开路电位）开始扫描。

循环动电位扫描方法

循环动电位扫描类似于动电位扫描，只是多了一步：电压在一定范围扫描后，再反向扫描至初始电位。扫描过程中，由于发生反应，电极表面很有可能改变，因此电压反扫的数据不会与正向扫描重叠。

扫描参数

ASTM中建议扫描速率是0.1667mV/s。扫速过快通常会导致数据失真，因为样品表面不能保持相对稳定。

数据

具有代表性的动电位扫描结果如图2所示。

图2 430不锈钢合金在1mol/L H₂SO₄中的动电位扫描曲线

自变量（电位）绘制在纵轴上，因变量（电流）绘制在横轴上。

这种对不锈钢样品在硫酸中的扫描可以解释为：

图3 图2中用颜色表示的各种重要电压，电流和区域

当电压从-550mV慢慢增加，电流在阴极区（紫色）下降至Ecorr小处，然后在金属发生氧化的活化区域（绿色）再次上升。在钝化电位Epp时达到大值。电流在过渡区（黄色）再次下降，然后在钝化区（粉色区）较低部分保持相对稳定，电位高于600mV时，表面击穿会导致样品表面产生点蚀或溶解。

注意Ecorr附近区域，该区域类似图1中的理想状态。

Gamry电化学工作站足够灵敏，能够检测到pA级以下的电流，如图4所示。

图4 使用Gamry Reference 600 +™在脱气的海水中测得的奥氏体不锈钢的低电流动电位扫描曲线

图4中，样品本身没有电化学活性，很可能只是水的氧化。

如前面所述，这些扫描的电化学变化会导致样品表面永久性破坏。循环动电位扫描结果能显示出这个特征。

图5 没有点蚀的循环动电位扫描曲线

另一个循环极化图（图6）显示了没有再钝化的点蚀：

图6 没有再钝化的点蚀循环极化图

另一个具有点蚀和再钝化的循环极化图：

图7 具有点蚀和再钝化过程的循环极化图

结论

动电位和循环动电位扫描都可以用来阐述各种与腐蚀相关的现象。

Application Note Potentiodynamic and Cyclic Polarization Scans Rev. 1.0 6/25/2020 ©Copyright 2019 Gamry Instruments, Inc. Interface, Reference, and Framework are trademarks of Gamry Instruments, Inc.