磁场调控增强70/30铜镍合金表面氧化膜防护性能的机制研究

为解决70/30铜镍合金在海洋环境中氧化膜防护性能不足的问题，研究人员通过施加0.1 T磁场调控其氧化膜生长过程。结果表明，磁场作用下氧化膜阻抗值提升100%，NiO/Ni(OH)2比例增加，腐蚀电流密度降低，归因于洛伦兹力（FL）与梯度磁力（F▽▽B）的协同效应，为合金表面改性提供了新策略。

　　

在海洋工程领域，70/30铜镍合金因其优异的耐海水腐蚀性能，被广泛应用于船舶冷凝器和热交换器管道。然而，这种合金在服役初期常因表面氧化膜防护性能不足而失效，尤其是在含硫化物或氨离子的苛刻环境中，微生物附着和化学腐蚀会加速氧化膜分解，导致点蚀和材料失效。传统预浸处理虽能形成保护膜，但其性能仍有提升空间。值得注意的是，合金中30%的镍元素具有顺磁性，而铜则相反，这种特性为利用磁场调控氧化膜生长提供了可能。

针对这一问题，宁波某研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，探索了0.1 T垂直磁场对70/30铜镍合金在3.5% NaCl溶液中氧化膜生长的影响。通过电化学测试和微观表征，发现磁场可显著提升氧化膜的防护性能，其阻抗值增加超100%，且表面粗糙度降低、厚度增加，内层NiO/Ni(OH)₂比例提高，从而抑制膜溶解。这一突破为延长海洋装备关键材料寿命提供了新思路。

研究采用多项关键技术：电化学极化曲线（Potentiodynamic polarization）和电化学阻抗谱（EIS）评估膜性能；拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）分析成分；透射电子显微镜（HRTEM）观察微观结构。样本为商用70/30铜镍合金（Φ10mm×3 mm），经抛光后于3.5 wt% NaCl溶液中成膜。

研究结果

1. 电化学性能：磁场下形成的氧化膜腐蚀电流密度（I_corr）显著降低，阳极钝化区更稳定，表明磁场增强了膜的防护性。
2. 微观结构：XPS显示磁场处理样品内层NiO/Ni(OH)₂比例提升，TEM证实其为纳米晶-非晶双层结构，厚度增加且致密性改善。
3. 表面形貌：SEM显示磁场组表面粗糙度降低，缺陷减少，EDS证实元素分布更均匀。

结论与意义
该研究揭示了磁场通过洛伦兹力（驱动电解液对流）和梯度磁力（富集顺磁性镍离子）的协同作用，优化了氧化膜生长动力学与热力学。这种非接触式的物理调控方法避免了化学改性带来的环境负担，为海洋装备材料的表面防护提供了创新性解决方案。论文通讯作者Ke Gong和第一作者Xiuqi Hu强调，该方法可直接集成到现有合金管预浸工艺中，具有显著的工程应用前景。

（注：全文数据均来自原文，未添加外部引用；专业术语如F_L（洛伦兹力）、F_▽▽B（梯度磁力）等均按原文格式标注；作者名保留原文拼写。）