磁场与海水介质复合作用下海工铝镁合金腐蚀机理研究

With the implement of maritime power strategy, electromagnetic field in oceans is becoming far more complex. As a lightweight material, Al-Mg alloy structural parts exhibit an impacted corrosion behavior under the magnetic field. During the corrosion, electrode dissolving, ionic movement and chemical species exchanging are influenced by alternating magnetic and magnetic memory effects. The effect of alternating magnetic field on the mass transfer characteristics between Al-Mg alloy and corrosive medium is unknown and needed to be studied. In our previous work, the corrosion behavior of rare earth modified Al-Mg alloy with different amount and size second phases under unidirectional magnetic field was distinct. In this work, the influences of magnetic field intensity and frequency on the corrosion behavior of Al-Mg alloy in the simulated seawater with different temperature, chloride ion concentration and PH value are explored. Meanwhile, the effect of magnetic field on charge particles and corrosive medium will be studied by means of phase controlling and simulated seawater real-time monitoring. Finally, the quantitative relationship among phase characteristics, magnetic field properties, corrosive medium properties and corrosion kinetics or thermodynamics will be built to represent the corrosion mechanism of Al-Mg alloy under the combined effect of magnetic field and seawater medium.

随着加快建设海洋强国战略实施，海洋中电磁场变得越加复杂，磁场存在的交变磁效应和磁记忆效应等对海洋工程轻量化材料——铝镁合金结构件腐蚀时电极溶解、离子运动和物质交换等过程产生影响。交变磁场对铝镁合金腐蚀过程中与腐蚀介质之间的传质特点与作用规律亟待突破。课题组前期发现在单向磁场作用下，含有不同数量和尺寸阳极相的稀土改性铝镁合金腐蚀行为存在差异。本课题将针对磁场与海水介质复合作用特殊服役环境，探索磁场强度和频率对铝镁合金在不同温度、氯离子浓度和酸碱度模拟海水中腐蚀行为的作用规律；通过对合金物相特性进行调控，并对模拟海水水质进行实时监控，探究腐蚀过程中磁场对带电粒子和腐蚀介质的作用机理。最终，建立铝镁合金物相特性——磁场性质——腐蚀介质性质——腐蚀动力学/热力学之间的定量关系，构建磁场下海洋介质铝镁合金腐蚀模型。

随着加快建设海洋强国战略实施，海洋中电磁场变得越加复杂，磁场产生的磁效应和磁记忆效应等对海洋工程轻量化材料——铝镁合金结构件腐蚀时电极溶解、离子运动和物质交换等过程产生影响。交变磁场对铝镁合金腐蚀过程中与腐蚀介质之间的传质特点与作用规律亟待突破。本课题针对磁场与海水介质复合作用特殊服役环境，探索磁场强度和频率对铝镁合金在不同介质中腐蚀行为的作用规律；通过对合金物相特性进行调控，探究腐蚀过程中磁场对带电粒子和腐蚀介质的作用机理。最终，建立铝镁合金物相特性—磁场性质—腐蚀介质性质—腐蚀动力学/热力学之间的关系，构建磁场下多介质铝镁合金腐蚀模型。研究发现，磁场能够一定程度的抑制铝镁合金的腐蚀。随着单向磁场强度的升高，交变磁场频率的增大和合金中阴极相的增多，磁场对合金腐蚀的抑制作用逐渐增强。随着交变磁场强度的升高、氯化钠浓度的升高和阳极相数量的增多，磁场对合金腐蚀的抑制作用减弱。当氯化钠浓度较高时，磁场甚至会加速腐蚀。氯化钠溶液经过磁场处理后，pH和电导率逐渐升高至稳定，关闭磁场溶液性质逐渐回复到原始水平。对于含有阳极相的合金，磁场对合金腐蚀过程具有抑制作用，磁场处理溶液性质改变后合金腐蚀速率降低，在二者共同的作用下，合金的腐蚀速率更低；但对于含有阴极相的合金，磁场会抑制腐蚀过程，但磁场处理后溶液中合金腐蚀加速，二者作用相互影响，相互削弱。磁场对铝镁合金腐蚀的抑制作用主要是对运动带电粒子提供的洛伦兹力（加速物质交换，使合金表面钝化膜更早形成起到保护作用）和对腐蚀中间产物Al+顺磁粒子产生的磁场梯度力（聚集在腐蚀界面，阻碍腐蚀继续进行）二者共同作用的结果。磁场对不同性质第二相腐蚀影响存在差异。阳极相自身发生腐蚀，磁场会加速阳极相的腐蚀，阳极相的增多会减弱磁场对腐蚀的抑制作用。但阴极相会促进周围铝基体的腐蚀，磁场加速钝化膜的形成，从而保护腐蚀的进一步进行，阴极相的增多反而增强了磁场对腐蚀的抑制作用。