VersaSCAN 應用-Nature Communications | 銅鎳合金表面氧化膜損傷精準再生

研究要點

近日，期刊《自然·通訊》（Nature Communications），重磅發布了中科院寧波材料所王立平研究員團隊的成果《Regeneration-repair-strengthening mechanism in the oxidation film damage region of copper-nickel alloys under magnetic field effects》，該論文創新性的提出了一種通過磁場實現氧化膜損傷后快速修復的策略，成功突破了銅鎳合金材料應用中長期存在的氧化膜損傷后難以修復的限制，為解決海洋工程關鍵材料的延壽與防護提出了一種新的思路。在論文中使用了普林斯頓VersaSCAN SEVT 技術進行氧化膜損傷修復研究。

研究背景及意義

銅鎳合金材料廣泛應用于濱海電廠、船舶的冷凝器及熱交換器管道中。但海水中懸浮的固體顆粒會不斷沖刷管道表面，造成氧化膜劃傷。劃傷區域不僅失去保護，更易誘發局部穿孔，且腐蝕會像“傳染病"一樣擴散，最終導致管道過早失效。如何實現金屬合金表面破損防護膜的快速、高效自修復，一直是國際海洋材料領域的關鍵問題。

研究成果亮點

Fig 1 不同條件下劃痕區域再生薄膜的演變

磁場條件。a、b 再生薄膜的時變形態

在劃痕區域，分別在無磁場和0.1 T磁場條件下。

c, d 劃痕區域隨時間變化的SVET電流密度圖變化趨勢

分別在無磁場和0.1 T磁場條件下（

ΔJ的計算方法如下所述

SVET測試電壓與電流轉換公式

Where Δ? e is the electric potential drop, k is the electrolyte conductivity

(~6.5 Sm?1), and A is the vibration amplitude (30 μm). In the results, ΔJ is defined as the range of the difference between the current density in the marked scratch region and the maximum and minimum current densities observed in the adjacent unscratched region.

Espina-Hernández, J. H., Caleyo, F., Venegas, V. & Hallen, J. M. Pitting

corrosion in low carbon steel influenced by remanent magnetization.

Corros. Sci. 53, 3100–3107 (2011).

在修復加速實驗部分：SVET-掃描振動電極技術測試結果Fig 1顯示出，在外加磁場作用下，劃傷區域的電化學反應信號迅速減弱，9天后其電流密度甚至低于周圍完好區域，表明再生膜的抗腐蝕性已優于原始完好膜層。

結構優化實驗：無磁場條件下，再生膜為常見的雙層結構，外層是抗蝕性較差均勻覆蓋的堿式氯化銅。而在磁場下，再生膜形成了一層均勻、致密的單層結構。磁場抑制了外層堿式氯化銅的沉積，同時顯著促進了NiO在膜表面的富集。

參考資料

1. Regeneration-repair-strengthening mechanism in the oxidation film damage region of copper-nickel alloys undermagnetic field effects,Jiamu Wang, Ke Gong, Xiuqi Hu, Mingsi Yang, YuanmingWang,Feixiong Mao & Liping Wang, Nature Communication,16,11404, 2025