VersaSCAN 应用-Nature Communications | 铜镍合金表面氧化膜损伤精准再生

研究要点

近日，期刊《自然·通讯》（Nature Communications），重磅发布了中科院宁波材料所王立平研究员团队的成果《Regeneration-repair-strengthening mechanism in the oxidation film damage region of copper-nickel alloys under magnetic field effects》，该论文创新性的提出了一种通过磁场实现氧化膜损伤后快速修复的策略，成功突破了铜镍合金材料应用中长期存在的氧化膜损伤后难以修复的限制，为解决海洋工程关键材料的延寿与防护提出了一种新的思路。在论文中使用了普林斯顿VersaSCAN SEVT 技术进行氧化膜损伤修复研究。

研究背景及意义

铜镍合金材料广泛应用于滨海电厂、船舶的冷凝器及热交换器管道中。但海水中悬浮的固体颗粒会不断冲刷管道表面，造成氧化膜划伤。划伤区域不仅失去保护，更易诱发局部穿孔，且腐蚀会像“传染病"一样扩散，最终导致管道过早失效。如何实现金属合金表面破损防护膜的快速、高效自修复，一直是国际海洋材料领域的关键问题。

研究成果亮点

Fig 1 不同条件下划痕区域再生薄膜的演变

磁场条件。a、b 再生薄膜的时变形态

在划痕区域，分别在无磁场和0.1 T磁场条件下。

c, d 划痕区域随时间变化的SVET电流密度图变化趋势

分别在无磁场和0.1 T磁场条件下（

ΔJ的计算方法如下所述

SVET测试电压与电流转换公式

Where Δϕ 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).

在修复加速实验部分：SVET-扫描振动电极技术测试结果Fig 1显示出，在外加磁场作用下，划伤区域的电化学反应信号迅速减弱，9天后其电流密度甚至低于周围完好区域，表明再生膜的抗腐蚀性已优于原始完好膜层。

结构优化实验：无磁场条件下，再生膜为常见的双层结构，外层是抗蚀性较差均匀覆盖的碱式氯化铜。而在磁场下，再生膜形成了一层均匀、致密的单层结构。磁场抑制了外层碱式氯化铜的沉积，同时显著促进了NiO在膜表面的富集。

参考资料

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