金属腐蚀与防护考试试卷(附实验)及答案

金属腐蚀与防护考试试卷(附实验)及答案

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金属腐蚀与防护试卷1

一、解释概念:（共8分,每个２分）

钝性,碱脆、SCC、缝隙腐蚀

二、填空题：(共30分，每空1分)

１．称为好氧腐蚀，中性溶液中阴极反应为,好氧腐蚀主要为控制,其过电

位与电流密度的关系为。

2.在水的电位－ｐH图上,线ⓐ表示关系,线ⓑ表示关系，线ⓐ下方是的稳

定存在区，线ⓑ上方是的稳定存在区,线ⓐ与线ⓑ之间是

的稳定存在区。

3．热力系统中发生游离ＣO

腐蚀较严重的部位是，其腐蚀特征是，防止

游离ＣO２腐蚀的措施是,运行中将给水的pH值控制在范围为宜。

４．凝汽器铜管在冷却水中的脱锌腐蚀有和形式。淡水作冷却水时易发生

脱锌，海水作冷却水时易发生脱锌。

5.过电位越大，金属的腐蚀速度越,活化极化控制的腐蚀体系，当极化电位

偏离Ｅ

corr

足够远时,电极电位与极化电密呈关系,活化极化控制下决定金属腐蚀速

度的主要因素为、。

6．为了防止热力设备发生氧腐蚀,向给水中加入，使水中氧含量达到

以下，其含量应控制在,与氧的反应式为,加药点常在。

7．在腐蚀极化图上金属腐蚀与防护考试试卷(附实验)及答案，若P

>＞Pａ,极极化曲线比极极化曲线陡，这时E

corr

值偏向电位值，是控制。

三、问答题：(共2４分,每小题4分)

1．说明协调磷酸盐处理原理。

2．自然界中最常见的阴极去极化剂及其反应是什么？

3.锅炉发生苛性脆化的条件是什么？

４．凝汽器铜管内用硫酸亚铁造膜的原理是什么？

5．说明热力设备氧腐蚀的机理。

6．说明腐蚀电池的电化学历程,并说明其四个组成部分。

四、计算:(共24分,　每小题8分)

1.在中性溶液中，Fｅ=10ｍol/L，温度为２５℃，此条件下碳钢是否发生

析氢腐蚀?并求出碳钢在此条件下不发生析氢腐蚀的最小pＨ值。（Ｅ

Fe

2+

/Fｅ=-

0.４4)

２.写出Ｖ

与i

coｒr

的关系式及V

与ｉｃｏrｒ的关系式,并说明式中各项的物理意

义。

３．已知铜在含氧酸中和无氧酸中的电极反应及其标准电极电位：

Cu　=Cu

2+

＋2ｅE

Cｕ

2+

/Ｃu

=+0.33７Ｖ

2=

２H

＋2eE

2Ｈ

/H

=0.０00V

2Ｈ

O=O

+4H

+　4eＥ

O２/H2O

=　+１.2２９V

问铜在含氧酸和无氧酸中是否发生腐蚀?

答案参见我的新浪博客：

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五、分析:(共14分,每小题7分）

１．试用腐蚀极化图分析铁在浓HNO

中的腐蚀速度为何比在稀ＨNO

中的

腐蚀速度低？

２．炉水协调磷酸盐－pH控制图如图1,如何根据此图实施炉水水质控制,

试分析之。

图1.协调磷酸盐—ｐＨ控制图

金属腐蚀与防护试卷２

一、解释概念：（共8分,每个2分）

苛性脆化、ＳCC、自腐蚀电位、钝性

二、填空:(共30分，每空1分）

１．发生析Ｈ２　腐蚀的必要条件是，阴极反应为，析氢腐蚀为控制,其过

电位与电流密度的关系为。

2.在水的电位—ｐH图上,线ⓐ下方是区,线ⓑ上方是区，线ⓐ与线ⓑ之间

是区。

3.碳钢在　溶液中，奥氏体不锈钢在溶液中易发生应力腐蚀破裂。

4.铁在570℃以上氧化生成的氧化膜从里到外由、、

组成，其中具有良好保护性的是。

５．氧腐蚀常发生在热力系统的、，其腐蚀特征为。为防止氧腐蚀，通常

采用以为主,为辅助的防腐蚀方法。使水中氧含量可达以下。联氨除氧时,给水中

联氨含量控制在,其反应式为,通常加药点在。

6．协调磷酸盐处理的实质是把炉水的全部变为,消除炉水中的,该法适用于

条件。

7.　Pａ>>Ｐ

时,腐蚀为控制，Ｅｃoｒr

靠近电位;Pｃ

>>Ｐ

时，腐蚀为控制，

corr

靠近电位。

三、问答题：（共24分,每小题4分）

1．凝汽器铜管用FｅＳＯ

成膜保护的原理是什么?

2.为何同时有溶解氧和游离二氧化碳时腐蚀更加严重？

３.说明腐蚀电池的电化学历程。

４．锅炉发生苛性脆化的条件是什么?

5.金属氧化生成保护性氧化膜应具备什么条件？

6．为何说对炉水进行协调磷酸盐处理是防腐防垢兼顾的方法?

四、计算题:（共24分，每小题8分）

1.铜在介质中的腐蚀反应为：Cｕ→Ｃｕ

２+

+2e金属腐蚀与防护考试试卷(附实验)及答案，腐蚀电流密度为

100μA/cm

，求其腐蚀速度V-（ｇ／m

d）和Ｖｔ(ｍm/a）。已知Ａ

Cu

=63．55，ρ=8.96g/cｍ

2.在中性溶液中,Ｆe

２+

的浓度为10

-6

mol/Ｌ，温度为25℃,试判断在此条件下

铁是否发生析氢腐蚀？并求铁在此条件下不发生析氢腐蚀的最低ｐH值。(已知

Fｅ

2+

/Fe

=-0.4４Ｖ)

3．已知铜在含氧酸中和无氧酸中的电极反应及其标准电极电位:

答案参见我的新浪博客：

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Cｕ=Cu

2＋

+2eＥ

Ｃu

２＋

/Ｃu

＝＋0.33７V

２＝

２H

+2ｅE

2H

/Ｈ

=０.000V

2H

O=　O

+4H

+4eＥ

O2/H2O

＝＋１.22９V

问铜在含氧酸和无氧酸中是否发生腐蚀?

五、分析题：（共1４分，每小题7分)

1.具有钝化行为金属的阳极极化曲线如图1,说明曲线上各特性点和特性区的

意义。

图1．具有钝化行为金属的阳极极化曲线

２．画出Fe-H２Ｏ体系的简化电位-pH图,标出腐蚀区、免蚀区、钝态区。

为了使铁不受腐蚀，使铁的状态条件移出腐蚀区的可能途径有那些？

附：金属腐蚀与防护实验

目　　　录

实验部分

实验１　腐蚀试样的制备电化学试样的制备………………………………………2

实验２　　　恒电位法测定阳极极化曲线…………………………………………………３

实验３　　　塔菲尔直线外推法测定金属的腐蚀速度……………………………………５

实验4失重法测定金属的腐蚀速度…………………………………………………7

实验5　线性极化法测定金属的腐蚀速度　……………………………………………１0

实验6　电位-p Ｈ图的应用………………………………………………………………12

实验7 　 　动电位扫描法测定金属的阳极极化曲线 ……………………………………1 ４

实验8电偶腐蚀速度的测定 …………………………………………………………１ 5

实验9 　　 闭塞电池腐蚀模拟实验　………………………………………………………１７

演示实验部分

实验1 　 腐蚀原电池 ……………………………………………………………………18

实验２原电池的极化　…………………………………………………………………19

实验3 　 钢在硝酸中的钝化　……………………………………………………………2 ０

实验4　　 缓蚀剂的缓蚀效果　……………………………………………………………2 １

实验5 　 阴极保护——牺牲阳极法 ……………………………………………………２2

附录１ 　CR－３型多功能腐蚀测量仪的使用方法……………………………………………２3

附录２ PS-1 型恒电位/恒电流仪的使用方法 ……………………………………………２ 6

综合实验部分

锈蚀碳钢磷化及磷化膜性能检验试验…………………．……………………………………

… .30

附录一……………………………………….…………………………………………．34

附录二……………………………………………………………………………………………．

42

附录三…………………………………………………………………………………………….4

附录四…………………………………………………………………………………………….46

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实　验 部　分

实验1 腐蚀试样的制备　　电化学试样的制备

一、 目的

学会一种用树脂镶制电化学实验用的金属试样的简易方法和焊接金属样品的方法。

二、 材料和药品

金属试样

具有塑料绝缘外套的铜管

塑料套圈

金属砂纸

电烙铁

焊油

焊锡丝

玻璃板

玻璃棒

烧杯

托盘天平

乙二胺

环氧树脂

三、 　　实验步骤

1． 焊接金属样品

将金属试样的所有面金属都用砂纸打磨光亮，用水冲洗干净后待用。

2.　 给电烙铁通电加热，待电烙铁尖端呈红色时金属腐蚀与防护试卷，蘸少许焊油且接触焊锡丝待焊锡丝熔

化后,将带塑料套圈的铜杆焊在金属试样上。

3．　 将锯好的5mm厚的塑料套圈打磨平整待用。

4． 　称取100 ｇ环氧树脂于烧杯中，再称取５~8g 固化剂乙二胺也倒入该烧杯中,用玻

璃棒搅拌１0mｉｎ，然后把塑料圈放在光滑的玻璃板上，将金属试样放在塑料圈内中央部

分。

5．　 把配制好的环氧树脂倒入摆好金属试样的塑料圈内。

6． ２４ｈ固化好金属试样可以进行磨制、抛光。

四、 　注意事项

１． 焊接金属试样时,因电烙铁尖端部位的温度最高，要用尖端部位进行焊接。焊接

时，要先在金属试样上焊上点焊锡丝,再将铜杆尖端也焊上些锡丝，然后把2 个锡点进行焊

接，这样，即容易焊上又容易焊牢。

2． 不要触摸电烙铁及金属部分,以免烫伤。

实验２　 恒电位法测定阳极极化曲线

一、 目的

1． 了解金属活化、钝化转变过程及金属钝化在研究腐蚀与防护中的作用。

2． 　 熟悉恒电位测定极化曲线的方法。

3． 　通过阳极极化曲线的测定，学会选取阳极保护的技术参数。

二、 基本原理

测定金属腐蚀速度、判断添加剂的作用机理、评选缓蚀剂、研究金属的钝态和钝态破

坏及电化学保护，都需测量极化曲线。

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测量腐蚀体系的极化曲线,实际就是测量在外加电流作用下，金属在腐蚀介质中的电极

电位与外加电流密度（以下简称电密)之间的关系。

阳极电位和电流的关系曲线称为阳极极化曲线。为了判断金属在电解质溶液中采用阳

极保护的可能性金属腐蚀与防护试卷，选择阳极保护的三个主要技术参数–––致钝电密、维钝电密和钝化电

位(钝化区电位范围）。必须测定阳极极化曲线。

测量极化曲线的方法可以采用恒电位和恒电流两种不同方法。以电密为自变量测量极

化曲线的方法叫恒电流法，以电位为自变量的测量方法叫恒电位法。

一般情况下，若电极电位是电密的单值函数时，恒电流法和恒电位法测得的结果是一

致的。但是如果某种金属在阳极极化过程中,电极表面壮态发生变化,具有活化／钝化变化,那

么该金属的阳极过程只能用恒电位法才能将其历程全部揭示出来,这时若采用恒电流法，则

阳极过程某些部分将被掩盖,而得不到完整的阳极极化曲线。

在许多情况下,一条完整的极化曲线中与一个电密相对应可以有几个电极电位。例如,对

于具有活化/钝化行为的金属在腐蚀体系中的阳极极化曲线是很典型的。由阳极极化曲线可

知，在一定的电位范围内,金属存在活化区、钝化过渡区、钝化区和过钝化区，还可知金属

的自腐蚀电位(稳定电位）、致钝电密、维钝电密和维钝电位范围。

用恒电流法测量时，由自腐蚀电位点开始逐渐增加电密，当达到致钝电密点时金

属开始钝化,由于人为控制电密恒定,故电极电位突然增加到很正的数值（到达过钝化

区),跳过钝化区，当再增加电密时，所测得的曲线在过钝化区。因此,用恒电流法测不

出金属进入钝化区的真实情况,而是从活化区跃入过钝化区。

碳钢在-NＨ4OH中就是在阳极极化过程中由活化态转入钝态的。用恒电位法测

定其阳极极化曲线,正是基于碳钢在ＮH4HC Ｏ3－ＮH４ＯＨ体系中有活化/钝化转变这一现

象，并可对设备进行阳极保护。

三、 仪器及用品

恒电位仪

极化池

饱和甘汞电极

铂金电极

Ａ3 钢电极

粗天平

量筒 　　　１00 ０ｍL；1 ０0 mL

烧杯　 　100 ０ ｍL

温度计

电炉

ＮＨ4 ＨCＯ３及NＨ3·H２O， 无水乙醇棉，水砂纸。

四、　实验步骤

1. 溶液的配制

(1)烧杯内放入７0 ０ mＬ去离子水,在电炉上加热到40℃左右，放入1 ６０ｇ NＨ4 ＨＣ

Ｏ３,搅拌均匀，然后加入6 ５　mＬ浓NH3·H2 Ｏ 。

(2)将配制好的溶液注入极化池中。

２. 　操作步骤

（1)用水砂纸打磨工作电极表面,并用无水乙醇棉擦试干净待用。

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(2)将辅助电极和研究电极放入极化池中,甘汞电极浸入饱和KCl 溶液中,用盐桥连接二者,

盐桥鲁金毛细管尖端距离研究电极１～2mm左右。按图1 连接好线路并进行测量。

（3）测A3 钢在NＨ４ＨC Ｏ3－ＮH4OH体系中的自腐蚀电位约为-0.85 Ｖ,稳定15 ｍin，

若电位偏正，可先用很小的阴极电流（５0μA/cm

左右)活化1～２mi ｎ再测定。

图１ 　 恒电位极化曲线测量装置

1 盐桥;2 辅助电极；3 研究电极;４参比电极；极化池

（４）调节恒电位（从自腐蚀电位开始）进行阳极极化，每隔2min 增加50mV，并分别读

取不同电位下相应的电流值,当电极电位达到＋1.２V左右时即可停止试验。

五、 　 结果及数据处理

1． 求出各点的电密，添入自己设计的表格。

2． 在半对数坐标纸上用所得数据作E—lgi 曲线。

3． 指出碳钢在３-NH4OH中进行阳极保护的三个基本参数。

六、 思考题

1． 阳极极化曲线对实施阳极保护有何指导意义？

2． 极化曲线测量对研究电极、辅助电极、参比电极和盐桥的要求是什么？

实验３　　塔菲尔直线外推法测定金属的腐蚀速度

一、 目的

1．　 掌握塔菲尔直线外推法测定金属腐蚀速度的原理和方法。

２.　 测定低碳钢在1 ＭHＡc+1 ＭNａCl 混合溶液中腐蚀电密ic、阳极塔菲尔斜率ba

和阴极塔菲尔斜率bc。

３．　 对活化极化控制的电化学腐蚀体系在强极化区的塔菲尔关系加深理解。

４.　学习用恒电流法绘制极化曲线。

二、 实验原理

金属在电解质溶液中腐蚀时,金属上同时进行着两个或多个电化学反应。例如铁在酸性

介质中腐蚀时，Ｆe 上同时发生反应:

Fe→Ｆｅ

２＋

+2 ｅ

2 Ｈ

+2 ｅ→H２

在无外加电流通过时,电极上无净电荷积累,即氧化反应速度i ａ等于还原反应速度ic ,并且

等于自腐蚀电流Icorr ，与此对应的电位是自腐蚀电位。

如果有外加电流通过时，例如在阳极极化时，电极电位向正向移动,其结果加速了氧化反

应速度ia 而拟制了还原反应速度ic　,此时,金属上通过的阳极性电流应是:

Ｉa=　ia－｜ic|　=　ia+ ｉc

同理,阴极极化时,金属上通过的阴极性电流I ｃ也有类似关系。

Ｉc=　-|ic| + ia= ｉc+ ｉa

从电化学反应速度理论可知，当局部阴、阳极反应均受活化极化控制时,过电位(极化电位)η

与电密的关系为：

ｉa＝icorr ｅpx(2.3η／b ａ)

ic ＝ -i ｃ(－2.3η/bc)

所以　 　　 　 Ｉa ＝ｉc ｏrr

exp(2.3η/ｂa)- ｅｘp（-2.3η／bc）

Ic= －ｉｃorr

e ｘp(-2．3η/ｂc）-　exp(2.３η/ｂa)

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恒电位仪

公研 参 辅

数学电压表

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当金属的极化处于强极化区时，阳极性电流中的i ｃ和阴极性电流中的i ｃ都可忽略，于是得到：

Ia =i ｃｏrr ｅxp(2．3η/ba)

I ｃ=-ic ｏrrex ｐ(-２.3η/bc)

或写成：　 　　 η=-bal ｇi ｃoo ｒ+ｂalg ｉａ

η= －ｂclg ｉｃorr+ｂｃlgic

可以看出,在强极化区内若将η 对lgi 作图，则可以得到直线关系

见《热力设备腐蚀与腐

蚀》ｐ.14—12（a）

。该直线称为塔菲尔直线。将两条塔菲尔直线外延后相交，交点

表明金属阳极溶解速度ia 与阴极反应（析H ２）速度ic 相等,金属腐蚀速度达到相对稳定，所

对应的电密就是金属的腐蚀电密。

实验时,对腐蚀体系进行强极化(极化电位一般在100~２５0mV之间），则可得到E–lgi 的

关系曲线。把塔菲尔直线外延至腐蚀电位。l ｇi 坐标上与交点对应的值为lgic　,由此可算出

腐蚀电密i ｃｏrr 。由塔菲尔直线分别求出b ａ和bc 。

影响测量结果的因素如下:

(１)体系中由于浓差极化的干扰或其他外来干扰；

(2)体系中存在一个以上的氧化还原过程（塔菲尔直线通常会变形)。故在测量为了能获得

较为准确的结果，塔菲尔直线段必须延伸至少一个数量级以上的电流范围。

三、 　仪器和用品

恒电位仪

数字电压表

磁力搅拌器

极化池

铂金电极（辅助电极）

饱和甘汞电极

A3 钢电极(研究电极),工作面积1cm

Z ｎ电极(研究电极)

粗天平

秒表

量筒 1 ０00mL, 50mＬ

烧杯 ，　10 ０0 ｍL

HＡc金属腐蚀与防护试卷，NａＣl,无水乙醇棉，水砂纸

介质为1MHAc+１MNaCl 混合溶液

四、　　 实验步骤

1.　 配制1MHAc＋１ＭNaCl 溶液

2.　 将工作电极用水砂纸打磨,用无水乙醇棉擦洗表面去油待用。

３．　 将研究电极、参比电极、辅助电极、盐桥装入盛有电解质的极化池，盐桥毛细管

尖端距研究电极表面距离可控制为毛细管尖端直径的两倍。

4． 按附录2“P Ｓ-1 型恒电位/恒电流仪使用方法”连接好线路进行测量。

５． 测量时，先测量阴极极化曲线，然后测量阳极极化曲线。

6．开动磁力搅拌器，旋转速度为中速，进行极化测量。

7. 先记下i= ０时的电极电位值,这是曲线上的第一个点，先进行阴极极化。分别以相隔1

０s 的间隔调节极化电流为－0．5、－1、－２、-3、-4、-５、-1 ０、－20、－30、－40、

－５0、-60mA,并记录对应的电极电位值，迅速将极化电流调为零，待电位稳定后进行阳极

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极化。此时应分别调节极化电流为０．5、1、2、３、4、5、10、２0、3 ０、40mA,并记录

对应的电极电位值。应注意,极化电流改变时，调节时间应快，一般在5 秒之内完成,实验结束

后将仪器复原。

五、 　 结果处理

1. 将实验数据绘在半对数坐标纸上。

２． 根据阴极极化曲线的塔菲尔线性段外延求出锌和碳钢的腐蚀电流,并比较它们的腐

蚀速度。

３． 分别求出腐蚀电密ｉｃ、阴极塔菲尔斜率bc 和阳极塔菲尔斜率ba。

六． 思考题

1． 从理论上讲,阴极和阳极的塔菲尔线延伸至腐蚀电位应交于一点,实际测量的结果

如何?为什么？

3． 如果两条曲线的延伸线不交于一点，应如何确定腐蚀电密？

实验4　　失质法测定金属的腐蚀速度

一、 目的

1． 掌握某些因素如介质及其浓度、缓蚀剂等对金属腐蚀速度的影响。

2. 　掌握质量法测定金属腐蚀速度的方法。

二. 原理

使金属材料在一定条件下(温度、压力、介质浓度等)经腐蚀介质作用一定时间后,比较腐

蚀前后该材料的质量变化从而确定腐蚀速度。

对于均匀腐蚀,根据腐蚀产物易除去与否可分别采用失质指标和增质指标来表示腐蚀速

度。

失质指标V-为：

增质指标V+为：

式中：Ｓ试样面积，ｍ

t　试验时间,h;

ｍ0　腐蚀前试样的质量,ｇ ;

m1 腐蚀后试样的质量（清除腐蚀产物后），g ;

m2 腐蚀后试样的质量(清除腐蚀产物前)，ｇ ；

对于均匀腐蚀，很易将以上腐蚀速度指标换算成以深度指标V ｔ表示的腐蚀速度：

式中:ρ 金属的密度,ｇ／c ｍ

质量法适于室内外多种腐蚀实验，可用于材料的耐蚀性能评定、选择缓蚀剂、改变工艺条件

时检查防腐效果等。本实验是碳钢在敞开的酸溶液中的全浸实验,用质量法测定其腐蚀速度。

金属在酸中的腐蚀一般是电化学腐蚀。酸类对金属的腐蚀规律主要取决于酸的氧化性。非

氧化性酸，如盐酸，其阴极过程是氢去极化过程；氧化性酸，其阴极过程则主要是氧化剂的

还原过程。但我们不可能把酸类截然分成氧化性酸和非氧化性酸，例如，当HNＯ3 比较稀时,

碳钢的腐蚀速度随酸浓度的增加而增加,是氢去极化腐蚀，当HNO3 浓度超过3 ０%时，碳钢

的腐蚀速度迅速下降,HNO ３浓度达到50%时，碳钢的腐蚀速度最小，此时碳钢在H ＮO3 中

腐蚀的阴极过程是:

NO３

+　2H

+ ２e →NO2

+H２O

酸中加入适量缓蚀剂能阻止金属腐蚀或降低金属腐蚀速度。

三、 仪器与药品

钢印、锒头、游标卡尺、毛刷、干燥器、分析天平、烧杯、量筒、搪瓷盘、温度计、电

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炉、玻璃棒、镊子、滤纸、尼龙丝。

丙酮、去离子水、2 ０%H2S Ｏ4、２０％H2SO4+硫脲1 ０g／Ｌ、 20%NHO3、６０％NH

Ｏ3　、

12%ＨＣl+1％~２%六次甲基四胺。

四、 实验步骤与内容

1.　　试样的准备

（1） A3 碳钢试样，其尺寸为50×25×(2~3)ｍm 。且打磨试样。

（2） 用钢印给试样编号，以示区别。

（3） 用游标卡尺准确测量试样尺寸,计算出试样面积，记录数据。

(4)试样表面除油,先用毛刷、软布在流水中清除其表面残屑、油污,再用丙酮清洗后用滤

纸吸干。如此处理的试样避免再用手摸，应用干净纸包好,于干燥器中干燥24h　。

(5)将干燥后的试样放在分析天平上称重，精确到0.1mg,称重结果记录在表１内。

2．　 腐蚀实验

（1)分别量取8 ０0mL 下列溶液;

20%H2SO4

20％H2S Ｏ４＋硫脲１0g/Ｌ

２0%NHO3

60％NHO3

将其分别放在4 个1 ０00 mL 干净烧杯中。

（2)将试样按编号分成四组(每组2 片）,用尼龙丝悬挂,分别浸入以上4 个烧杯中。试样要

全部浸入溶液，每个试样浸泡深度要求一致,上端应在液面以下２0mm　。

（3）自试样进入溶液时开始记录腐蚀时间,半小时后，把试样取出,用水清洗。

３． 　腐蚀产物的去除

腐蚀产物的清洗原则是应除去试样上所有的腐蚀产物,而只能去掉最小量的基本金属。去

除腐蚀产物的方法有机械法、化学法及电化学法。该实验采用机械法和化学法。

（１）机械法去除腐蚀产物。若腐蚀产物较厚可先用竹签、毛刷、橡皮擦净表面，以加