《基於掃描微探針技術的鎂合金微區相電化學行為研究》是依託浙江大學，由曹發和擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於掃描微探針技術的鎂合金微區相電化學行為研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：曹發和
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對鎂合金二次相的微區溶解機制及其對鎂合金本體的陽極溶解失效和陰極去極化過程影響不明確的問題，本項目擬套用掃描微探針技術（主要是SECM，並結合SKPFM等），結合巨觀電化學技術如電化學阻抗譜（EIS）和電位掃描等，原子力顯微鏡（AFM）等現代電化學研究方法和物理表征手段，研究AZ91鎂合金中β相，以及稀土Ce和La改性鎂合金中形成的新相（γ相）在腐蝕電位、電流、表面形貌和組成的變化，深入研究β相和γ相的腐蝕溶解規律，以及對鎂合金本體的腐蝕行為的影響規律，揭示β相和γ相對鎂合金在模擬腐蝕環境中的腐蝕陽極溶解、陰極去極化過程的影響機制，建立鎂合金微觀組織、腐蝕的微區電化學行為與巨觀電化學行為三者之間的關係，發展鎂合金腐蝕微區電化學監檢測技術。該研究具有重要的科學意義和套用價值。
結題摘要
鎂合金的陽極溶解行為和陰極還原過程在微區上不均勻，存在差異，而傳統研究方法如電化學阻抗譜，集氣實驗等均不能原位研究微觀不均勻性，離線的形貌表征和元素分析等雖能從微區上說明電化學行為的差異性，但真空環境與電化學過程真實環境差別很大。申請人在該國家自然科學基金的支持下，結合浙江省自然科學基金面上和傑出青年項目以及浙江大學人才項目等資助，開展了以掃描電化學顯微鏡為主的掃描探針技術研究純鎂、AZ91和AM60鎂合金，鎂合金微弧氧化膜及鎂合金表面Ni-P鍍層局部微區腐蝕行為，特別是陽極溶解活性點的形成，轉變及其機制和陰極析氫還原過程，並結合Comsol Multiphysics軟體，構建2D和3D模型，模擬量化活性點大小，解析動力學特徵。 鎂合金腐蝕起源於無膜區，鎂合金無膜區活性點的孕育、產生和發展受Cl–濃度和表面膜成分的影響。掃描電化學顯微鏡（SECM）可以原位檢測具有不同活性的二次相差異。鎂合金微弧氧化膜表面的活性點或活性區域的大小和分布與其本身的膜厚和微觀結構有關，也與氯離子濃度有關。SECM微區氫氣收集結果表明，陰極或陽極極化程度增大，析氫增加、氫氣空間分布不均勻性加劇。基於Laser Puller開發了次微米探針（a＜500 nm），控制SECM探針至基底距離200 nm，次微米探針可以捕捉自由基，收集效率達80%，二級均相化學反應速率常數高達108 dm3/mol/s。這是電化學方法測出的最快動力學參數。結合電化學反應特徵，構建的2D和3D模型可以描述SECM實驗，量化動力學參數和空間解析度參數。結果表明10微米的探針，距離3微米的面掃描實驗，空間解析度為微米級，缺陷點或活性點大小在5微米左右。項目實施4年取得的主要的成果有：申請人拓展了空間分辨電化學研究方法，已經發表SCI收錄論文12篇，國核心心期刊論文3篇，接受待刊2篇，會議論文7篇，參加國內學術會議8人次，培養碩士研究生4名，博士研究生3名。SCI收錄論文中包括Journal of The American Chemical Society一篇，Electrochimica Acta和Corrosion Science 各一篇，另有一篇Corrosion Science論文返修中。 該研究的最大科學意義在於發展了具有空間分辨的腐蝕電化學研究方法，降低空間解析度至次微米，並實現實驗結果與理論模擬統一。
