【中國科學(xué)報(bào)】銅鎳合金表面氧化膜精準(zhǔn)修復(fù)，又快又好?為海洋基礎(chǔ)設(shè)施“延壽”提供新利器????
銅鎳合金被廣泛應(yīng)用于濱海電廠、船舶的冷凝器及熱交換器管道。為了突破銅鎳合金應(yīng)用中長期存在的氧化膜損傷后難以修復(fù)的瓶頸，我國科學(xué)家提出了通過磁場實(shí)現(xiàn)快速修復(fù)氧化膜的創(chuàng)新策略，為解決海洋工程關(guān)鍵材料的延壽與防護(hù)提出了新思路。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所王立平團(tuán)隊(duì)的相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然-通訊》。
在海水中，懸浮的固體顆粒會不斷沖刷銅鎳合金管道表面，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，且腐蝕會像“傳染病”一樣擴(kuò)散，導(dǎo)致管道過早失效。
作者團(tuán)隊(duì)通過在損傷區(qū)域的垂直方向施加磁場，產(chǎn)生了兩種作用力，能夠協(xié)同發(fā)揮修復(fù)作用。
洛倫茲力，驅(qū)動對流。磁場通過洛倫茲力誘導(dǎo)磁流體動力學(xué)效應(yīng)，如同“無形攪拌”，加速了物質(zhì)傳輸和氧氣向劃傷區(qū)的補(bǔ)充，促進(jìn)了修復(fù)初期的成膜反應(yīng)。
磁梯度力，精準(zhǔn)分選。損傷區(qū)域的磁通密度增加，促使順磁性離子向劃痕內(nèi)部移動，導(dǎo)致劃傷區(qū)局部pH值升高，加速了Ni2+在表面富集并形成高保護(hù)性的NiO。
這個策略不僅修得快，而且修得更好。
修復(fù)加速：在磁場作用下，劃傷區(qū)域的電化學(xué)反應(yīng)信號迅速減弱，9天后其電流密度甚至低于周圍完好區(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：無磁場條件下，再生膜為常見的雙層結(jié)構(gòu)，外層是抗蝕性較差的堿式氯化銅，且覆蓋不均。而在磁場下，再生膜形成了一層均勻、致密的單層結(jié)構(gòu)。
成分升級：磁場抑制了外層堿式氯化銅的沉積，同時顯著促進(jìn)了NiO在氧化膜表面的富集。這種“表面富NiO的單層膜”結(jié)構(gòu)此前從未被報(bào)道，正是其耐蝕性躍升的關(guān)鍵。
這一發(fā)現(xiàn)有望發(fā)展成為一種新型的海洋工程防護(hù)技術(shù)，為船舶、海上平臺、海底管線等重大設(shè)施的長期安全運(yùn)行與延壽維護(hù)，提供低成本、高效率的解決方案，對保障海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66216-7
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