寧波材料所在極端環(huán)境用鈷基非晶軟磁材料研究方面取得進(jìn)展
鈷基非晶軟磁材料具有超高的磁導(dǎo)率、極低的功耗等特性，廣泛應(yīng)用于弱磁傳感器、精密測量設(shè)備及電磁防護(hù)等領(lǐng)域。但非晶軟磁材料在含氯離子的環(huán)境中易誘發(fā)點(diǎn)蝕，制約其在海洋等極端環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。
值得注意的是，非晶軟磁材料是非晶合金的重要分支，其腐蝕行為也需在更廣泛的非晶合金研究框架下理解。目前，有關(guān)非晶合金點(diǎn)蝕的研究都使用一維尺寸在毫米級以上的常規(guī)電極。大面積的電極表面往往同時(shí)發(fā)生多個(gè)點(diǎn)蝕，導(dǎo)致信號相互重疊而難以區(qū)分。因此，常規(guī)電極表征的是電極表面整體的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，難以獲得點(diǎn)蝕生長的詳細(xì)信息。此外，非晶合金的結(jié)構(gòu)長程無序，其結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)性一直是研究的難點(diǎn)。因此，有關(guān)非晶合金本征結(jié)構(gòu)與點(diǎn)蝕生長的關(guān)聯(lián)性，科學(xué)界長期缺乏系統(tǒng)性認(rèn)知。
針對該問題，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所軟磁材料及其應(yīng)用技術(shù)團(tuán)隊(duì)采用微米級直徑的鈷基非晶合金絲作為微電極，成功實(shí)現(xiàn)對單個(gè)點(diǎn)蝕生長動力學(xué)過程的定量評價(jià)，包括亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕的生長和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界條件、以及穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕生長的擴(kuò)散傳質(zhì)和活化溶解過程，首次揭示了非晶結(jié)構(gòu)不均勻性對亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕和穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕這兩個(gè)點(diǎn)蝕生長關(guān)鍵階段的影響機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)：（1）熱誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)均質(zhì)化抑制了亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕的誘發(fā)頻率，減緩亞穩(wěn)點(diǎn)蝕的生長速率，同時(shí)加速點(diǎn)蝕的再鈍化速率，并降低亞穩(wěn)點(diǎn)蝕向穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕的轉(zhuǎn)變概率；點(diǎn)蝕抗性的提高得益于非晶結(jié)構(gòu)均質(zhì)化導(dǎo)致的點(diǎn)蝕前驅(qū)體活性位點(diǎn)的減少和電化學(xué)活性的降低。（2）熱誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)均質(zhì)化提高了再鈍化電位和維持點(diǎn)蝕穩(wěn)態(tài)生長所需的蝕坑臨界溶液濃度，顯著抑制無鹽膜覆蓋條件下活化控制的點(diǎn)蝕穩(wěn)態(tài)生長；非晶合金結(jié)構(gòu)不均勻性的改變不影響鹽膜沉淀要求的蝕坑溶液飽和濃度，因而對鹽膜覆蓋條件下擴(kuò)散控制的點(diǎn)蝕穩(wěn)態(tài)生長的抑制作用相對微弱。
上述工作為設(shè)計(jì)極端環(huán)境用非晶軟磁材料提供理論指導(dǎo)?；谏鲜龀晒瑘F(tuán)隊(duì)開發(fā)出兼具優(yōu)異軟磁性能與高耐蝕性能的新型鈷基非晶軟磁材料，滿足了海洋極端環(huán)境下的服役要求，為多種裝備的弱磁探測和電磁防護(hù)提供了有力支撐。
相關(guān)成果以“Effect of structural heterogeneity on stable pit growth of Co-based metallic glasses”為題發(fā)表在Corrosion Science（https://doi.org/10.1016/j.corsci.2024.112032），以“Correlation between metastable pitting and structural heterogeneity in Co-based metallic glasses”為題發(fā)表在Journal of Materials Science & Technology（https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.01.006），論文第一作者為寧波材料所博士后馬浩然，通訊作者為寧波材料所黎嘉威研究員。本工作得到了國家自然科學(xué)基金（52401222）、浙江省自然科學(xué)基金（LQN25E010011）、寧波市自然科學(xué)基金（2024J073）等項(xiàng)目的資助。
圖1. 退火弛豫引起的結(jié)構(gòu)均質(zhì)化，提高鈷基非晶軟磁合金的點(diǎn)蝕抗性
圖2. 鈷基非晶絲微電極表征亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕和穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕
圖3. 結(jié)構(gòu)不均勻性對鈷基非晶軟磁合金點(diǎn)蝕生長的影響機(jī)制
（磁性材料及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室，馬浩然）
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