磁場(chǎng)對(duì)AZ31B在NaCl溶液中電化學(xué)行為的影響

俞翔　朱鑫楠　李希嬌　王士凡　莊文昌

摘? ?要：鎂鋁合金以其密度小、強(qiáng)度高、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、航空航天、3C電子、軍事、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。研究了磁場(chǎng)（MF）對(duì)其在NaCl溶液中電化學(xué)行為的影響，通過一系列的實(shí)驗(yàn)記錄了線性掃描、Tafel、恒電位等電化學(xué)曲線。探討了磁場(chǎng)對(duì)鎂鋁合金在NaCl溶液中陽極溶解過程的影響。結(jié)果表明，磁場(chǎng)促進(jìn)了AZ31B氧化峰電流的增加。

關(guān)鍵詞：鎂鋁合金AZ31B;NaCl;磁場(chǎng);陽極溶解

1? ? 鎂鋁合金概述

鑄造AZ31B鎂鋁合金具有更高的強(qiáng)度、更好的塑性，較高的抗振能力和吸熱性能等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于薄板、擠壓件和鍛件等，因而是制造飛機(jī)輪轂的理想材料。同時(shí)，在交通運(yùn)輸、航空航天、3C電子、軍事、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用[1-3]。近年來由于國家對(duì)環(huán)保問題的日益重視，鎂鋁合金作為輕金屬結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢(shì)越來越明顯，特別是交通運(yùn)輸領(lǐng)域的大量需求推動(dòng)了鎂金屬新時(shí)代的到來[4-5]。

在作為電極材料方面，鎂鋁合金具有電化學(xué)當(dāng)量大、電極電位負(fù)、電極反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)環(huán)境無污染等一系列優(yōu)點(diǎn)。但是高性能的合金電極，一直未得到廣泛的應(yīng)用，主要是由于鎂鋁合金在電解液中極化、腐蝕等情況嚴(yán)重[6]。

本項(xiàng)目通過外加磁場(chǎng)對(duì)鎂鋁合金在NaCl溶液中的陽極溶解過程的影響進(jìn)行探究，利用電化學(xué)測(cè)試方法觀測(cè)了電極表面的溶解過程，對(duì)鎂鋁合金在含NaCl溶液體系陽極反應(yīng)過程溶解機(jī)制的研究具有一定的理論價(jià)值。

電化學(xué)腐蝕是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)過程，磁場(chǎng)對(duì)電化學(xué)腐蝕的影響更是一個(gè)綜合過程。其中，磁流體動(dòng)力學(xué)機(jī)理[7-9]或者磁場(chǎng)梯度力機(jī)理[10]會(huì)影響電化學(xué)反應(yīng)歷程，磁場(chǎng)也會(huì)影響腐蝕金屬或合金在水溶液中界面電化學(xué)反應(yīng)[11-12]?？衫么艌?chǎng)對(duì)傳質(zhì)的加速作用來提高電路刻蝕的效率和精度[13]。不論磁場(chǎng)增加還是減小陽極溶解速率，均與磁場(chǎng)引起的作用力有關(guān)。在電化學(xué)反應(yīng)過程中，磁場(chǎng)引起的作用力主要有磁場(chǎng)梯度力F▽B、順磁性濃度梯度力F▽C和磁流體動(dòng)力學(xué)力FMHD（洛倫茲力，F(xiàn)L）。但是目前還缺乏將磁場(chǎng)應(yīng)用于工程的相關(guān)報(bào)道，通過不斷探索，磁場(chǎng)在未來可能會(huì)成為一種主要的防腐蝕方法。

2? ? 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用三電極體系，工作電極為直徑2.0 mm的AZ31B鎂鋁合金，合金成分如表1所示;參比電極為飽和甘汞電極（SCE）;對(duì)電極為鎳圈。本實(shí)驗(yàn)所用NaCl濃度均為0.5 mol/dm3;MF由永磁鐵添加，方向平行于電極界面，強(qiáng)度為400 mT。

3? ? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

鑒于自然條件下的腐蝕電位即開路電位（EOCP）具有極為重要的研究?jī)r(jià)值，因此首先研究了MF作用下對(duì)AZ31B鎂鋁合金EOCP的影響（見圖1）。如圖1所示，增加MF使得EOCP正移，說明在MF作用下會(huì)加速陽極反應(yīng)，故而EOCP負(fù)移，但負(fù)移幅度較小。

圖2是掃速為1 mV/s時(shí)有無MF情況下AZ31B鎂鋁合金在0.5 mol/dm3 NaCl溶液中不同電位下有無MF情況時(shí)陽極極化溶解曲線。由極化曲線可知，當(dāng)電位低于-1.425 V vs. SCE時(shí)，電流值比較低，有MF[圖2（b）]和無MF[（圖2（a）]情況下電流值變化較小。隨著電極電位的不斷增加，當(dāng)電位大于-1.425 V vs. SCE時(shí)，圖2（b）極化電流值、圖2（a）極化電流值有明顯增加。當(dāng)電位大于-1.335 V vs. SCE時(shí)，圖2（a）極化電流值也有明顯增加，且在較高電位時(shí)，圖2（b）極化電流值較圖2（a）極化電流值更高。以上結(jié)果表明，MF能夠促進(jìn)AZ31B溶解過程發(fā)生。

圖3為有無MF作用下AZ31B鎂鋁合金在0.5 mol/dm3 NaCl溶液中-1.335 V vs. SCE時(shí)的j-t曲線圖。由圖3可知，有MF作用時(shí)，最初的階段電流逐漸增加直至最終穩(wěn)定;然而，在沒有MF的存在時(shí)，電流增加幅度較小并且隨時(shí)間延長(zhǎng)，電流幾乎保持不變。

4? ? 結(jié)語

通過對(duì)平行磁場(chǎng)作用下的AZ31B鎂鋁合金在0.5 mol/dm3 NaCl溶液中溶解過程進(jìn)行探究，得出結(jié)論：平行400 mT磁場(chǎng)對(duì)AZ31B鎂鋁合金在0.5 mol/dm3 NaCl溶液中的陽極溶解起催化作用。

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Effects of magnetic fieldon electrochemical behavior of AZ31B in NaCl solution

Yu Xiang， Zhu Xinnan， Li Xijiao， Wang Shifan， Zhuang Wenchang

（School of Chemistry and Chemical Engineering， Xuzhou University of Technology， Xuzhou 221018， China）

Abstract：Magnesium-aluminum alloy is widely used in transportation， aerospace， 3C electronics， military， biomedical and other fields due to its low density， high specific strength and anti-electromagnetic interference. The effects of magnetic field（MF）on the electrochemical behavior of NaCl solution were studied. The electrochemical curves of linear scan， Tafel and constant potential were recorded through a series of experiments. The effect of magnetic field on the anodic dissolution process of magnesium-aluminum alloy in NaCl solution was discussed. The results shown that the magnetic field promotes the peak current increase of the AZ31B.

Key words： magnesium-aluminum AZ31B; NaCl; magnetic field; anodic dissolution