不同強(qiáng)度恒定磁場(chǎng)下雜色曲霉對(duì)PCB-Cu 腐蝕行為的影響

陳娜娜，王吉瑞，劉璇，易盼，宋嘉良，白子恒，劉倩倩，馮亞麗，黃一中，肖葵

（1.北京科技大學(xué) 腐蝕與防護(hù)中心，北京 100083；2.四川成都土壤環(huán)境材料腐蝕國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，成都 610062；3.中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司，北京 100083；4.南洋理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，新加坡 639798）

印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）具有尺寸小、形狀復(fù)雜的特點(diǎn)，即使受到輕微的損傷，也會(huì)引起失效故障[1-3]。隨著電子器件的發(fā)展，人們對(duì)PCB 的性能有了更高的要求，越來(lái)越關(guān)注PCB 的故障失效。在大氣環(huán)境中發(fā)生腐蝕是PCB 失效的重要原因之一。PCB 在大氣環(huán)境中的腐蝕與金屬在大氣環(huán)境中的腐蝕相似，但是因?yàn)镻CB 中所使用的金屬有不同的電位差，所以發(fā)生的腐蝕更敏感、更復(fù)雜[4]。關(guān)于腐蝕影響因素的研究主要有大氣環(huán)境（溫度、相對(duì)濕度、腐蝕性氣體和污染物）[5-8]，微生物腐蝕是PCB-Cu 中常見(jiàn)的腐蝕方式。實(shí)際工作中，PCB 的工作場(chǎng)所常常伴有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，這會(huì)改變帶電離子在薄液膜中的電遷移[9-11]。

Cu 因其出色的電氣性能，被廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)的電路板上，在大氣環(huán)境中傾向于發(fā)生局部腐蝕，這會(huì)影響到相鄰區(qū)域的電氣性質(zhì)，造成PCB 故障失效[12]。PCB-Cu 的主要成分Cu 是弱抗磁性金屬，磁場(chǎng)對(duì)Cu 的影響可以用磁流體動(dòng)力學(xué)機(jī)理[13-16]或磁場(chǎng)梯度力機(jī)理[17-18]來(lái)解釋。在洛倫茲力的作用下，離子在介質(zhì)中的移動(dòng)速度發(fā)生變化，影響了Cu 陽(yáng)極溶解的相關(guān)電化學(xué)過(guò)程，進(jìn)而影響腐蝕速率。在大多數(shù)情況下，其效果是加速了腐蝕過(guò)程。有研究[19]表明，Cu 在NaCl 溶液中，Cl 和磁場(chǎng)都加速了Cu 的陽(yáng)極溶解速率，并且磁場(chǎng)作用系數(shù)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增大。另外，由于離子運(yùn)動(dòng)的影響，磁場(chǎng)對(duì)沉積的Cu氧化產(chǎn)物的形態(tài)也有直接影響。Yu 等人[20]發(fā)現(xiàn)，在磁場(chǎng)作用下，腐蝕產(chǎn)物CuO 的生成被抑制，從而降低了腐蝕產(chǎn)物對(duì)基體的保護(hù)作用，加速腐蝕。另外，Hu 等人[21]在對(duì)應(yīng)用磁場(chǎng)條件下鈹銅的腐蝕研究中也發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)減緩了Cu2O 的生成速率。

霉菌的腐蝕防護(hù)對(duì)航空航天具有重要意義。本試驗(yàn)選取從海南文昌篩選得來(lái)的代表性霉菌菌種——雜色霉菌為研究對(duì)象。雜色曲霉在空氣、土壤等區(qū)域廣泛存在，容易附著在材料表面，尤其是對(duì)金屬材料的破壞非常顯著，是材料發(fā)生微生物腐蝕的常見(jiàn)菌類，它的普遍性使得該研究具有很大的實(shí)際意義。

PCB 在實(shí)際的工作環(huán)境中，不可避免地會(huì)受到磁場(chǎng)和大氣環(huán)境的雙重作用。另外，其在工作過(guò)程中也會(huì)散發(fā)熱量，這就為霉菌的滋生提供了很好的條件。目前，磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)霉菌在PCB-Cu 上的腐蝕行為的具體影響尚不明確，因此研究不同強(qiáng)度的恒定磁場(chǎng)下霉菌在PCB-Cu 上的腐蝕行為的差異很有必要。本試驗(yàn)中，選擇電磁線圈作為磁場(chǎng)源，根據(jù)生長(zhǎng)試驗(yàn)的結(jié)果，選取了強(qiáng)度為10、15、20 mT 且方向垂直于樣品表面的恒定磁場(chǎng)（Static Megnetic Field，SFM），進(jìn)行腐蝕測(cè)試。采用3D 共聚焦顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜分析儀（EDS）、共焦拉曼光譜儀和掃描開(kāi)爾文探針（SKP），對(duì)PCB-Cu 在恒定磁場(chǎng)下生長(zhǎng)7 d 后的雜色曲霉中發(fā)生的腐蝕行為和機(jī)理進(jìn)行了探究。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及試樣制備

選擇PCB-Cu 作為試驗(yàn)材料，其基本參數(shù)見(jiàn)表1。試驗(yàn)前，將PCB-Cu 用去離子水超聲清洗10 min，然后用無(wú)水乙醇超聲清洗10 min，干燥后，再將試樣取出，并用75%（體積分?jǐn)?shù)）乙醇浸泡30 min 殺菌并風(fēng)干。試驗(yàn)使用的霉菌是采集自海南文昌航天發(fā)射中心的雜色曲霉（Aspergillus versicolor）。由于實(shí)際PCB 環(huán)境下霉菌的生長(zhǎng)附著是一個(gè)表面的、微潮的狀態(tài)，因此采用固體培養(yǎng)基平板進(jìn)行初始菌株培養(yǎng)，并采用菌落直徑擴(kuò)散法[22-23]測(cè)定主菌落直徑增量，進(jìn)行生長(zhǎng)試驗(yàn)。

表1 PCB-Cu 參數(shù)Tab.1 Parameters of printed circuit boards (PCBs)

為接近PCB 的工作狀態(tài)，在PCB 試樣表面噴涂孢子懸浮液，試驗(yàn)周期為7 d，試驗(yàn)過(guò)程中不再補(bǔ)充孢子懸浮液。使用1/5 標(biāo)準(zhǔn)濃度的馬鈴薯葡萄糖肉湯（Potato Dextrose Broth，PDB）制備霉菌孢子懸浮液，其懸浮液的營(yíng)養(yǎng)成分列于表2。總共將200 μL 孢子懸浮液噴涂到每個(gè)PCB-Cu 的表面，完成樣品的制備。

表2 PDB 的成分清單Tab.2 ingredient list of PDB g

由于微生物生長(zhǎng)受制要素較多，不可控性較大，為盡可能減少其他因素的干擾，每一磁場(chǎng)強(qiáng)度為1組，設(shè)置3 個(gè)平行試樣，同時(shí)設(shè)置1 組對(duì)照組（包含3 個(gè)試樣）。

1.2 磁場(chǎng)施加方法

電子設(shè)備工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)形式的磁場(chǎng)。本文采用螺線管線圈通電產(chǎn)生電磁場(chǎng)，以模擬PCB 磁場(chǎng)環(huán)境。選擇DZSQ-300 型螺線管線圈，可對(duì)管內(nèi)施加-30～+30 mT 勻強(qiáng)磁場(chǎng)，試驗(yàn)所需恒定磁場(chǎng)則通過(guò)穩(wěn)壓直流電源對(duì)其輸入穩(wěn)壓恒定電流來(lái)產(chǎn)生。使用高斯計(jì)測(cè)驗(yàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B，以確保磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)值符合試驗(yàn)需求。

試驗(yàn)在室溫環(huán)境下進(jìn)行，恒定磁場(chǎng)垂直于樣品表面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為10、15、20 mT。測(cè)試周期為7 d，7 d 后取樣測(cè)試。同時(shí)，設(shè)置了具有相同環(huán)境條件的非磁場(chǎng)對(duì)照組。設(shè)計(jì)并制作了溫控裝置，保證總體試驗(yàn)期間溫度處于30 ℃，相對(duì)濕度為80%，且保持試驗(yàn)的磁場(chǎng)組與對(duì)照組的溫濕度一致。

1.3 腐蝕行為及成分分析

使用Keyence VK-X200 3D 共聚焦顯微鏡觀察分析宏觀腐蝕狀況和腐蝕產(chǎn)物形貌。使用FEI Quanta 250 環(huán)境掃描電子顯微鏡，對(duì)材料表面的腐蝕狀況和腐蝕產(chǎn)物形貌進(jìn)行微觀分析，并運(yùn)用其搭載的X 射線能譜分析儀（EDS）分析腐蝕產(chǎn)物。通過(guò)Horiba HR800 型拉曼光譜儀分析腐蝕產(chǎn)物成分，拉曼光譜測(cè)試波長(zhǎng)為732 nm。使用Princeton M370 型微區(qū)電化學(xué)工作站的掃描開(kāi)爾文探針（Scanning Kelvin Probe，SKP）模式，分析試樣表面的電位。探針距樣品表面的距離為(100±2) μm，振動(dòng)頻率為80 Hz，振幅為30 μm。試驗(yàn)前，先對(duì)試驗(yàn)區(qū)域調(diào)平，然后進(jìn)行高度數(shù)據(jù)采集，載入高度數(shù)據(jù)進(jìn)行SKP 模式掃描。掃描模式為“Scan Step Scan”，即掃描后步進(jìn)，然后繼續(xù)掃描。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度控制在25 ℃，相對(duì)濕度為60%。

2 結(jié)果及分析

2.1 腐蝕表面形貌

圖1 顯示了培養(yǎng)的、噴涂過(guò)霉菌孢子懸浮液的PCB-Cu 試樣，在不同強(qiáng)度恒定磁場(chǎng)和無(wú)磁場(chǎng)條件下試驗(yàn)7 d 后的激光共聚焦形貌及其對(duì)應(yīng)的3D 形貌。無(wú)磁場(chǎng)組表面被菌落包圍，白色菌絲覆蓋了大部分表面，霉菌的生命活動(dòng)更加旺盛，整個(gè)表面均被霉菌覆蓋，金屬基體存在較多裂紋（圖1a）。圖1b 是10 mT強(qiáng)度組的圖像，可以發(fā)現(xiàn)試樣表面出現(xiàn)一些霉菌孢子點(diǎn)散布的龜裂區(qū)域，并且觀察到菌絲生長(zhǎng)。圖1c 是15 mT 強(qiáng)度組，其表面存在綠色塊狀物，結(jié)合后續(xù)分析，應(yīng)當(dāng)為混有霉菌的Cu 的腐蝕產(chǎn)物，沒(méi)有觀察到菌絲生長(zhǎng)。與其他組相比，20 mT 組的情況稍微有些不同，表面層龜裂情況比較輕微，只能看到少量的孢子，表面沒(méi)有明顯的綠色產(chǎn)物（圖1d）。

圖1 不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下試驗(yàn)7 d 后PCB 的光學(xué)及3D 形貌圖Fig.1 Optics and 3D topography of PCB at the different magnetic field strength test after 7 days

總體來(lái)講，無(wú)磁場(chǎng)組中霉菌孢子覆蓋了絕大部分的試樣表面，并生長(zhǎng)出菌絲。試驗(yàn)中，磁場(chǎng)組的霉菌生長(zhǎng)明顯慢于無(wú)磁場(chǎng)組，也就是說(shuō)，磁場(chǎng)對(duì)霉菌的生長(zhǎng)有一定的抑制作用。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增強(qiáng)，對(duì)霉菌生長(zhǎng)的抑制作用越強(qiáng)，導(dǎo)致霉菌在表面的覆蓋率較低。

圖2 為試驗(yàn)7 d 后各組的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。無(wú)磁場(chǎng)組中，不同深度的腐蝕區(qū)連接成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)大量的孢子群落以較為密集的方式遍布在表面（圖2a）。10 mT 恒定磁場(chǎng)組試驗(yàn)結(jié)果顯示，從試樣表面PDB 培養(yǎng)基干燥后破裂卷曲處可觀察到其下層較為松散的腐蝕產(chǎn)物層，這些區(qū)域孔隙處暴露出下方的Cu 基體，在卷曲的培養(yǎng)基下存在數(shù)量眾多的孢子（圖2b）。圖2c 中15 mT 恒定磁場(chǎng)組表面已經(jīng)幾乎觀察不到孢子的存在。圖2d 中20 mT 恒定磁場(chǎng)組已經(jīng)完全觀察不到孢子的存在，并且培養(yǎng)基結(jié)塊下的Cu 基體呈現(xiàn)坑狀腐蝕。

圖2 不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下試驗(yàn)7 d 后PCB 的SEM 圖像Fig.2 SEM image of PCB at the different magnetic field strength test after 7 days

從SEM 圖像中可以看出，無(wú)磁場(chǎng)組的腐蝕比較嚴(yán)重。在培養(yǎng)基層下的霉菌覆蓋了Cu 基體，Cu 基體

受到了嚴(yán)重腐蝕，各個(gè)腐蝕坑連接成了溝壑網(wǎng)絡(luò)。而磁場(chǎng)組的腐蝕就輕微很多，而且隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，霉菌孢子的數(shù)量越來(lái)越少，這與共聚焦拍攝到的宏觀形貌相符。也就是說(shuō)，恒定磁場(chǎng)使得霉菌的生長(zhǎng)變慢、PCB-Cu 受到霉菌的腐蝕變輕，而且磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，霉菌起到的影響作用越小。

2.2 元素分布及成分分析

結(jié)合能譜儀（EDS）分析樣品表面不同區(qū)域的元素成分，其結(jié)果如表3 所示。恒定磁場(chǎng)組的EDS 結(jié)果表明，磁場(chǎng)組的元素組成基本都和圖3b 相同，主要由Cu 組成，含有少量的C、O 和Cl。相比圖3 中1 區(qū)（標(biāo)號(hào)為1 的A1、B1）中暴露的Cu 基體，在干燥卷曲的培養(yǎng)基結(jié)塊2 區(qū)（標(biāo)號(hào)為2 的A2、B2）中，存在更多的O 和Cl。這是因?yàn)殒咦幼畛醣愦嬖谟谂囵B(yǎng)基中，霉菌的生命活動(dòng)及培養(yǎng)基自身的成分，都對(duì)腐蝕區(qū)域的形成起重要作用。同時(shí)，當(dāng)培養(yǎng)基結(jié)塊時(shí)，生成的腐蝕產(chǎn)物也會(huì)隨著結(jié)塊從基體表面剝離。Cl的來(lái)源是PDB 培養(yǎng)基和霉菌的腐蝕，因此在培養(yǎng)基結(jié)塊中，Cl 含量相對(duì)較高，Cl 本身也是PCB-Cu 發(fā)生腐蝕的一個(gè)重要因子。此外，當(dāng)使用相同的培養(yǎng)基時(shí)，無(wú)磁場(chǎng)組比恒定磁場(chǎng)組含有更多的O 和Cl，這可能是因?yàn)榇艌?chǎng)在抑制霉菌生長(zhǎng)的同時(shí)，也影響了離子的遷移[24]。

圖3 不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下試驗(yàn)7 d 后PCB-Cu EDS 掃描區(qū)域Fig.3 PCB-Cu EDS scanning area of the different magnetic field strength test after 7 days

表3 試樣的EDS 分析結(jié)果Tab.3 EDS analysis of the sample wt%

霉菌通過(guò)氧濃差電池、產(chǎn)酸等方式腐蝕Cu 基體，促進(jìn)離子的形成，而磁場(chǎng)的存在會(huì)加速金屬離子化及腐蝕產(chǎn)物的形成，加速整個(gè)腐蝕過(guò)程，根據(jù)垂直試樣的磁場(chǎng)作用方向，使得陽(yáng)極的腐蝕產(chǎn)物在平行于極板的方向得到了快速延伸，擴(kuò)大了向陰極腐蝕的邊界長(zhǎng)度，實(shí)質(zhì)上也會(huì)使得腐蝕情況變得更加嚴(yán)重。但另一方面，磁場(chǎng)會(huì)抑制霉菌生長(zhǎng)，因此霉菌在整個(gè)電遷移效應(yīng)中的作用存在一定程度的降低。

由上述分析可知，恒定磁場(chǎng)為20 mT 時(shí)，腐蝕情況最嚴(yán)重。20 mT 恒定磁場(chǎng)和無(wú)磁場(chǎng)下的拉曼光譜如圖4 所示。由共振拉曼效應(yīng)[24]引起的泛音和組合帶，或者因存在缺陷使得晶格的對(duì)稱性被破壞[25]，都會(huì)使同一種材料在不同試驗(yàn)中的拉曼光譜振動(dòng)頻率峰值略有不同[26]。從圖4 中可以看到，所有曲線在波數(shù)為215、525、623 cm-1附近各有一個(gè)波峰存在，這些是Cu 的氧化產(chǎn)物CuO 或Cu2O 的特征峰[27-28]。CuO 和Cu2O 的區(qū)別體現(xiàn)在，Cu2O 還在約410、490 cm-1的波數(shù)處存在峰，而在磁場(chǎng)組中，這兩個(gè)波數(shù)附近并沒(méi)有觀察到波峰，因此可以確認(rèn)恒定磁場(chǎng)組表面的Cu的氧化產(chǎn)物僅有CuO，而沒(méi)有Cu2O。除了在215、525、623 cm-1處存在波峰外，在420 cm-1處還可以觀察到較弱的波峰。另外，在510 cm-1處也觀察到包含了490 cm-1的寬峰。因此可以認(rèn)為，CuO 和Cu2O的峰重疊在一起，其中以CuO 為主，而Cu2O 的含量較低。在這部分峰中，波數(shù)為215、420 cm-1的峰是CuO 伸縮振動(dòng)模式的體現(xiàn)[29]。此外，在286、296 cm-1處的峰，是 Cu-Cl 伸縮振動(dòng)模式的反映[30]，其中286 cm-1處的峰可能發(fā)生偏移，該峰的相對(duì)強(qiáng)度的差異也與EDS 結(jié)果中Cl 的含量一致。同時(shí)，在215、420 cm-1處的峰可能歸因于Cu2Cl(OH)3的存在[31-33]，其Cu-Cl 峰非常明顯，并且剛好出現(xiàn)在296 cm-1處，這與EDS 結(jié)果中相應(yīng)試驗(yàn)組Cl 的存量也一致。

圖4 無(wú)磁場(chǎng)及20 mT 下試驗(yàn)7 d 后PCB-Cu 試樣拉曼光譜Fig.4 Raman spectra of PCB-Cu after 7 days at 20 mT and 0 mT

拉曼光譜的分析結(jié)果表明，磁場(chǎng)的存在會(huì)改變腐蝕產(chǎn)物的成分。在無(wú)磁場(chǎng)組中，腐蝕產(chǎn)物主要是CuO和少量的Cu2O 及銅的氯化物；恒定磁場(chǎng)組中，腐蝕產(chǎn)物則主要是CuO 和銅的氯化物。

2.3 SKP 分析

為研究不同強(qiáng)度的恒定磁場(chǎng)對(duì)PCB 霉菌腐蝕的影響，使用開(kāi)爾文掃描探針（SKP）分別對(duì)試驗(yàn)7 d后的試樣表面的腐蝕區(qū)域進(jìn)行掃描，測(cè)得樣品的表面開(kāi)爾文電位Ekp（見(jiàn)圖5），并對(duì)其進(jìn)行高斯擬合分析（見(jiàn)圖6）。測(cè)試區(qū)域的選擇如圖1 的共聚焦圖像所示?？梢钥闯?，無(wú)磁場(chǎng)組的開(kāi)爾文電位是4 組試驗(yàn)中最高的。在施加磁場(chǎng)的3 組試樣中，恒定磁場(chǎng)強(qiáng)度從10 mT 增加到15 mT 時(shí)，電位降至最低值，磁場(chǎng)強(qiáng)度繼續(xù)增加至20 mT 時(shí)，電位反而升高，但仍低于無(wú)磁場(chǎng)組的電位，這與實(shí)際腐蝕情況一致。在無(wú)磁場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度較低時(shí)，霉菌是腐蝕的主要影響因素，霉菌是好氧菌，生長(zhǎng)過(guò)程中需要消耗氧氣，因此霉菌區(qū)域會(huì)與周圍無(wú)菌區(qū)域形成氧濃差電池[34]，這是霉菌腐蝕初期的機(jī)理。但隨著霉菌生長(zhǎng)到覆蓋了試樣表面后，此時(shí)只有表層霉菌邊界處依舊是氧濃差電池腐蝕，而表層霉菌之下則是霉菌代謝腐蝕和培養(yǎng)基自身的腐蝕，霉菌的腐蝕過(guò)程也提供了一些腐蝕性離子。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，使得腐蝕性離子的電遷移速度不斷增大。因此，在恒定磁場(chǎng)強(qiáng)度為20 mT 時(shí)，盡管霉菌生長(zhǎng)受到很大程度的抑制，但是磁場(chǎng)對(duì)腐蝕性離子電遷移的加速作用使得PCB-Cu 的腐蝕程度反而加深?？偟膩?lái)看，在15 mT 時(shí)出現(xiàn)電位最低點(diǎn)。

圖5 不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下試驗(yàn)7 d 后PCB-Cu 表面SKP 電位分布Fig.5 SKP potential distribution on PCB-Cu surface after 7 days of different magnetic field strength tests

圖6 不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下試驗(yàn)7 d 后PCB-Cu 表面高斯擬合開(kāi)爾文電位Fig.6 gaussian fitting Kelvin potential on PCB-Cu surface after 7 days of different magnetic field strength test

7 d 試驗(yàn)的電位變化趨勢(shì)結(jié)合SEM 結(jié)果可以觀察到，在7 d 后，非磁場(chǎng)組試樣的表面已全被孢子覆蓋，腐蝕產(chǎn)物也隨著培養(yǎng)基結(jié)塊卷曲而剝離。在恒定磁場(chǎng)組中，不但霉菌的生長(zhǎng)受到抑制，而且孢子又少又小，這使得霉菌因素被削弱，因此霉菌覆蓋區(qū)域的電位上升程度比無(wú)磁場(chǎng)組小，恒定磁場(chǎng)組的腐蝕相對(duì)更輕微。

3 磁場(chǎng)影響下的腐蝕機(jī)理

霉菌主要的腐蝕機(jī)理是薄液膜下的電化學(xué)腐蝕，其可能的反應(yīng)如下。

陽(yáng)極：

陰極：

霉菌在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)消耗氧氣，電勢(shì)相對(duì)較負(fù)，與周邊無(wú)菌生長(zhǎng)的區(qū)域形成氧濃差電池。霉菌的代謝產(chǎn)物也會(huì)在腐蝕過(guò)程中發(fā)揮作用，為金屬表面的霉菌腐蝕提供了一個(gè)酸性環(huán)境[6]，并參與其化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)。不過(guò)從試驗(yàn)情況來(lái)看，這種因素在霉菌對(duì)PCB-Cu 的初期腐蝕中不占主導(dǎo)，僅起到一個(gè)提供環(huán)境、對(duì)氧濃差電池輔助的作用。

隨著磁場(chǎng)對(duì)霉菌的抑制作用加強(qiáng)，即霉菌因素的減弱，培養(yǎng)基的因素逐漸凸顯。磁場(chǎng)通過(guò)影響離子的進(jìn)出而影響霉菌孢子的生長(zhǎng)，因此霉菌對(duì)PCB-Cu 的腐蝕減弱，導(dǎo)致腐蝕行為發(fā)生了變化。試驗(yàn)中使用的1/5 標(biāo)準(zhǔn)濃度的PDB 培養(yǎng)液，不僅以一種薄液膜的形式為PCB-Cu 表面的電化學(xué)腐蝕提供了理想的電解質(zhì)條件，而且其本身包含的Cl 也會(huì)加速PCB-Cu 腐蝕。圖2c 中的培養(yǎng)液干燥結(jié)塊剝離后暴露的Cu 基體上的凹坑就是培養(yǎng)液對(duì)PCB-Cu 腐蝕的結(jié)果。20 mT 磁場(chǎng)強(qiáng)度下，霉菌幾乎無(wú)法生存，PCB-Cu 的腐蝕主要是受培養(yǎng)液中的腐蝕介質(zhì)影響。

磁場(chǎng)的影響還涉及到金屬和培養(yǎng)液中的離子，可以看到在20 mT 強(qiáng)度時(shí)，腐蝕的實(shí)際情況比10、15 mT時(shí)更嚴(yán)重。這是因?yàn)樵诼鍌惼澚Φ挠绊懴?，離子在介質(zhì)中的移動(dòng)速度發(fā)生變化，氧化反應(yīng)中電子的逸出速率也受到影響，進(jìn)而影響腐蝕速率。在大多數(shù)情況下，其加速了腐蝕過(guò)程[11]。

在磁場(chǎng)環(huán)境下，霉菌對(duì)PCB 的腐蝕程度會(huì)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的不同而發(fā)生變化。PCB 在這種條件下受到腐蝕的影響因素有：霉菌因素、介質(zhì)因素、磁場(chǎng)因素。霉菌因素以氧濃差電池腐蝕為主，代謝產(chǎn)酸為輔，腐蝕程度與霉菌的生長(zhǎng)成正比。介質(zhì)因素則是培養(yǎng)基薄液膜環(huán)境下包含的O2、Cl 等腐蝕介質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)，而當(dāng)培養(yǎng)液干燥成結(jié)塊卷曲，減少接觸面，這種影響逐漸降低。磁場(chǎng)因素則主要是通過(guò)對(duì)其余兩種因素進(jìn)行干擾和影響來(lái)間接腐蝕PCB。磁場(chǎng)越強(qiáng)，霉菌因素越弱，培養(yǎng)液因素卻越強(qiáng)。當(dāng)缺乏營(yíng)養(yǎng)基時(shí)，霉菌生長(zhǎng)受阻，因此霉菌因素和培養(yǎng)基因素是同時(shí)存在的。而在強(qiáng)磁場(chǎng)的情況下，試驗(yàn)條件近似于磁場(chǎng)對(duì)培養(yǎng)液中PCB 的腐蝕。

4 結(jié)論

1）在無(wú)磁場(chǎng)的情況下，霉菌生長(zhǎng)消耗氧氣，初始腐蝕時(shí)與無(wú)菌區(qū)域形成氧濃差電池，隨著霉菌生長(zhǎng)越來(lái)越旺盛，在PCB-Cu 表面相互連接形成以孢子為中心的大面積腐蝕坑，在宏觀上表現(xiàn)為區(qū)域性腐蝕。此時(shí)霉菌代謝產(chǎn)物增加并在表面累積，抑制了氧濃差電池的陰極反應(yīng)，進(jìn)而減緩了腐蝕過(guò)程。但是隨著腐蝕產(chǎn)物逐漸剝落，陰極面積增加，反應(yīng)速率加快，此時(shí)腐蝕向Cu 基體內(nèi)部發(fā)展，直至腐蝕產(chǎn)物再一次在表面堆積或霉菌生長(zhǎng)覆蓋表面，腐蝕減緩。

2）在磁場(chǎng)環(huán)境下，影響PCB 腐蝕的因素有霉菌、介質(zhì)、磁場(chǎng)。霉菌因素以氧濃差電池腐蝕為主，腐蝕程度與霉菌的生長(zhǎng)成正比。介質(zhì)因素是指PDB 培養(yǎng)液不僅為PCB-Cu 的電化學(xué)腐蝕提供理想的電解質(zhì)條件，而且其本身包含的Cl-會(huì)加速PCB-Cu 腐蝕。磁場(chǎng)因素則主要是通過(guò)對(duì)其余兩種因素進(jìn)行干擾和影響來(lái)間接腐蝕PCB。

3）磁場(chǎng)越強(qiáng)，對(duì)霉菌生長(zhǎng)的抑制作用越大，霉菌因素越弱，但培養(yǎng)液對(duì)PCB-Cu 的化學(xué)腐蝕作用越強(qiáng)。磁場(chǎng)通過(guò)抑制霉菌的生長(zhǎng)作用，進(jìn)而減緩PCB-Cu表面的腐蝕，但磁場(chǎng)也會(huì)加速培養(yǎng)液中腐蝕性離子的交換速度，進(jìn)而加速PCB-Cu 的電化學(xué)腐蝕過(guò)程。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為15 mT 時(shí)，出現(xiàn)拐點(diǎn)，此時(shí)腐蝕程度最輕微，增加至20 mT 時(shí)，腐蝕程度加深。

4）磁場(chǎng)的存在也會(huì)影響腐蝕產(chǎn)物的成分。無(wú)磁場(chǎng)組的腐蝕產(chǎn)物主要為CuO，并含有少量的Cu2O 和銅的氯化物；而磁場(chǎng)組的腐蝕產(chǎn)物主要為CuO 和銅的氯化物。