磁場對AZ31B在NaCl溶液中電化學行為的影響

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、強度高、抗電磁干擾等優點，廣泛應用于交通運輸、航空航天、3C電子、軍事、生物醫學等領域。研究了磁場（MF）對其在NaCl溶液中電化學行為的影響，通過一系列的實驗記錄了線性掃描、Tafel、恒電位等電化學曲線。探討了磁場對鎂鋁合金在NaCl溶液中陽極溶解過程的影響。結果表明，磁場促進了AZ31B氧化峰電流的增加。

關鍵詞：鎂鋁合金AZ31B;NaCl;磁場;陽極溶解

1? ? 鎂鋁合金概述

鑄造AZ31B鎂鋁合金具有更高的強度、更好的塑性，較高的抗振能力和吸熱性能等優點，廣泛應用于薄板、擠壓件和鍛件等，因而是制造飛機輪轂的理想材料。同時，在交通運輸、航空航天、3C電子、軍事、生物醫學等領域也有著廣泛應用[1-3]。近年來由于國家對環保問題的日益重視，鎂鋁合金作為輕金屬結構材料的優勢越來越明顯，特別是交通運輸領域的大量需求推動了鎂金屬新時代的到來[4-5]。

在作為電極材料方面，鎂鋁合金具有電化學當量大、電極電位負、電極反應產物對環境無污染等一系列優點。但是高性能的合金電極，一直未得到廣泛的應用，主要是由于鎂鋁合金在電解液中極化、腐蝕等情況嚴重[6]。

本項目通過外加磁場對鎂鋁合金在NaCl溶液中的陽極溶解過程的影響進行探究，利用電化學測試方法觀測了電極表面的溶解過程，對鎂鋁合金在含NaCl溶液體系陽極反應過程溶解機制的研究具有一定的理論價值。

電化學腐蝕是一個復雜的動力學和熱力學過程，磁場對電化學腐蝕的影響更是一個綜合過程。其中，磁流體動力學機理[7-9]或者磁場梯度力機理[10]會影響電化學反應歷程，磁場也會影響腐蝕金屬或合金在水溶液中界面電化學反應[11-12]。可利用磁場對傳質的加速作用來提高電路刻蝕的效率和精度[13]。不論磁場增加還是減小陽極溶解速率，均與磁場引起的作用力有關。在電化學反應過程中，磁場引起的作用力主要有磁場梯度力F▽B、順磁性濃度梯度力F▽C和磁流體動力學力FMHD（洛倫茲力，FL）。但是目前還缺乏將磁場應用于工程的相關報道，通過不斷探索，磁場在未來可能會成為一種主要的防腐蝕方法。

2? ? 實驗方法

實驗采用三電極體系，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）;對電極為鎳圈。本實驗所用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，強度為400 mT。

3? ? 實驗結果與討論

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價值，因此首先研究了MF作用下對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作用下會加速陽極反應，故而EOCP負移，但負移幅度較小。

圖2是掃速為1 mV/s時有無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情況時陽極極化溶解曲線。由極化曲線可知，當電位低于-1.425 V vs. SCE時，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，當電位大于-1.425 V vs. SCE時，圖2（b）極化電流值、圖2（a）極化電流值有明顯增加。當電位大于-1.335 V vs. SCE時，圖2（a）極化電流值也有明顯增加，且在較高電位時，圖2（b）極化電流值較圖2（a）極化電流值更高。以上結果表明，MF能夠促進AZ31B溶解過程發生。

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時的j-t曲線圖。由圖3可知，有MF作用時，最初的階段電流逐漸增加直至最終穩定;然而，在沒有MF的存在時，電流增加幅度較小并且隨時間延長，電流幾乎保持不變。

4? ? 結語

通過對平行磁場作用下的AZ31B鎂鋁合金在0.5 mol/dm3 NaCl溶液中溶解過程進行探究，得出結論：平行400 mT磁場對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