磁场对AZ31B在NaCl溶液中电化学行为的影响

俞翔　朱鑫楠　李希娇　王士凡　庄文昌

摘   要：鎂铝合金以其密度小、强度高、抗电磁干扰等优点，广泛应用于交通运输、航空航天、3C电子、军事、生物医学等领域。研究了磁场（MF）对其在NaCl溶液中电化学行为的影响，通过一系列的实验记录了线性扫描、Tafel、恒电位等电化学曲线。探讨了磁场对镁铝合金在NaCl溶液中阳极溶解过程的影响。结果表明，磁场促进了AZ31B氧化峰电流的增加。

关键词：镁铝合金AZ31B;NaCl;磁场;阳极溶解

1    镁铝合金概述

铸造AZ31B镁铝合金具有更高的强度、更好的塑性，较高的抗振能力和吸热性能等优点，广泛应用于薄板、挤压件和锻件等，因而是制造飞机轮毂的理想材料。同时，在交通运输、航空航天、3C电子、军事、生物医学等领域也有着广泛应用[1-3]。近年来由于国家对环保问题的日益重视，镁铝合金作为轻金属结构材料的优势越来越明显，特别是交通运输领域的大量需求推动了镁金属新时代的到来[4-5]。

在作为电极材料方面，镁铝合金具有电化学当量大、电极电位负、电极反应产物对环境无污染等一系列优点。但是高性能的合金电极，一直未得到广泛的应用，主要是由于镁铝合金在电解液中极化、腐蚀等情况严重[6]。

本项目通过外加磁场对镁铝合金在NaCl溶液中的阳极溶解过程的影响进行探究，利用电化学测试方法观测了电极表面的溶解过程，对镁铝合金在含NaCl溶液体系阳极反应过程溶解机制的研究具有一定的理论价值。

电化学腐蚀是一个复杂的动力学和热力学过程，磁场对电化学腐蚀的影响更是一个综合过程。其中，磁流体动力学机理[7-9]或者磁场梯度力机理[10]会影响电化学反应历程，磁场也会影响腐蚀金属或合金在水溶液中界面电化学反应[11-12]。可利用磁场对传质的加速作用来提高电路刻蚀的效率和精度[13]。不论磁场增加还是减小阳极溶解速率，均与磁场引起的作用力有关。在电化学反应过程中，磁场引起的作用力主要有磁场梯度力F▽B、顺磁性浓度梯度力F▽C和磁流体动力学力FMHD（洛伦兹力，FL）。但是目前还缺乏将磁场应用于工程的相关报道，通过不断探索，磁场在未来可能会成为一种主要的防腐蚀方法。

2    实验方法

实验采用三电极体系，工作电极为直径2.0 mm的AZ31B镁铝合金，合金成分如表1所示;参比电极为饱和甘汞电极（SCE）;对电极为镍圈。本实验所用NaCl浓度均为0.5 mol/dm3;MF由永磁铁添加，方向平行于电极界面，强度为400 mT。

3    实验结果与讨论

鉴于自然条件下的腐蚀电位即开路电位（EOCP）具有极为重要的研究价值，因此首先研究了MF作用下对AZ31B镁铝合金EOCP的影响（见图1）。如图1所示，增加MF使得EOCP正移，说明在MF作用下会加速阳极反应，故而EOCP负移，但负移幅度较小。

图2是扫速为1 mV/s时有无MF情况下AZ31B镁铝合金在0.5 mol/dm3 NaCl溶液中不同电位下有无MF情况时阳极极化溶解曲线。由极化曲线可知，当电位低于-1.425 V vs. SCE时，电流值比较低，有MF[图2（b）]和无MF[（图2（a）]情况下电流值变化较小。随着电极电位的不断增加，当电位大于-1.425 V vs. SCE时，图2（b）极化电流值、图2（a）极化电流值有明显增加。当电位大于-1.335 V vs. SCE时，图2（a）极化电流值也有明显增加，且在较高电位时，图2（b）极化电流值较图2（a）极化电流值更高。以上结果表明，MF能够促进AZ31B溶解过程发生。

图3为有无MF作用下AZ31B镁铝合金在0.5 mol/dm3 NaCl溶液中-1.335 V vs. SCE时的j-t曲线图。由图3可知，有MF作用时，最初的阶段电流逐渐增加直至最终稳定;然而，在没有MF的存在时，电流增加幅度较小并且随时间延长，电流几乎保持不变。

4    结语

通过对平行磁场作用下的AZ31B镁铝合金在0.5 mol/dm3 NaCl溶液中溶解过程进行探究，得出结论：平行400 mT磁场对AZ31B镁铝合金在0.5 mol/dm3 NaCl溶液中的阳极溶解起催化作用。

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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