VersaSCAN 應(yīng)用-Nature Communications | 銅鎳合金表面氧化膜損傷精準(zhǔn)再生

研究要點(diǎn)

近日，期刊《自然·通訊》（Nature Communications），重磅發(fā)布了中科院寧波材料所王立平研究員團(tuán)隊(duì)的成果《Regeneration-repair-strengthening mechanism in the oxidation film damage region of copper-nickel alloys under magnetic field effects》，該論文創(chuàng)新性的提出了一種通過(guò)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)氧化膜損傷后快速修復(fù)的策略，成功突破了銅鎳合金材料應(yīng)用中長(zhǎng)期存在的氧化膜損傷后難以修復(fù)的限制，為解決海洋工程關(guān)鍵材料的延壽與防護(hù)提出了一種新的思路。在論文中使用了普林斯頓VersaSCAN SEVT 技術(shù)進(jìn)行氧化膜損傷修復(fù)研究。

研究背景及意義

銅鎳合金材料廣泛應(yīng)用于濱海電廠、船舶的冷凝器及熱交換器管道中。但海水中懸浮的固體顆粒會(huì)不斷沖刷管道表面，造成氧化膜劃傷。劃傷區(qū)域不僅失去保護(hù)，更易誘發(fā)局部穿孔，且腐蝕會(huì)像“傳染病"一樣擴(kuò)散，最終導(dǎo)致管道過(guò)早失效。如何實(shí)現(xiàn)金屬合金表面破損防護(hù)膜的快速、高效自修復(fù)，一直是國(guó)際海洋材料領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題。

研究成果亮點(diǎn)

Fig 1 不同條件下劃痕區(qū)域再生薄膜的演變

磁場(chǎng)條件。a、b 再生薄膜的時(shí)變形態(tài)

在劃痕區(qū)域，分別在無(wú)磁場(chǎng)和0.1 T磁場(chǎng)條件下。

c, d 劃痕區(qū)域隨時(shí)間變化的SVET電流密度圖變化趨勢(shì)

分別在無(wú)磁場(chǎng)和0.1 T磁場(chǎng)條件下（

ΔJ的計(jì)算方法如下所述

SVET測(cè)試電壓與電流轉(zhuǎn)換公式

Where Δ? e is the electric potential drop, k is the electrolyte conductivity

(~6.5 Sm?1), and A is the vibration amplitude (30 μm). In the results, ΔJ is defined as the range of the difference between the current density in the marked scratch region and the maximum and minimum current densities observed in the adjacent unscratched region.

Espina-Hernández, J. H., Caleyo, F., Venegas, V. & Hallen, J. M. Pitting

corrosion in low carbon steel influenced by remanent magnetization.

Corros. Sci. 53, 3100–3107 (2011).

在修復(fù)加速實(shí)驗(yàn)部分：SVET-掃描振動(dòng)電極技術(shù)測(cè)試結(jié)果Fig 1顯示出，在外加磁場(chǎng)作用下，劃傷區(qū)域的電化學(xué)反應(yīng)信號(hào)迅速減弱，9天后其電流密度甚至低于周?chē)旰脜^(qū)域，表明再生膜的抗腐蝕性已優(yōu)于原始完好膜層。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)：無(wú)磁場(chǎng)條件下，再生膜為常見(jiàn)的雙層結(jié)構(gòu)，外層是抗蝕性較差均勻覆蓋的堿式氯化銅。而在磁場(chǎng)下，再生膜形成了一層均勻、致密的單層結(jié)構(gòu)。磁場(chǎng)抑制了外層堿式氯化銅的沉積，同時(shí)顯著促進(jìn)了NiO在膜表面的富集。

參考資料

1. Regeneration-repair-strengthening mechanism in the oxidation film damage region of copper-nickel alloys undermagnetic field effects,Jiamu Wang, Ke Gong, Xiuqi Hu, Mingsi Yang, YuanmingWang,Feixiong Mao & Liping Wang, Nature Communication,16,11404, 2025