体液无机离子在镁表面的腐蚀机理

作者：刘小娥; 马保吉^*

来源：科学技术与工程, 2021, 21(04): 1318-1326.

• 分子动力学
• ReaxFF反应分子动力学
• 模拟体液
• 镁
• 腐蚀机理

为揭示镁在人体中的腐蚀机理,通过分子动力学模拟方法研究计算了体液中无机离子Cl-、SO42-、HCO3-和HPO42-在镁表面的腐蚀,并用实验对模拟的结果进行了验证。研究结果表明:体系加入无机离子后,破坏了水分子的稳定结构,模拟体系的扩散系数明显增大。不同离子溶液与Mg(0001)表面的主要作用力为化学键Mg—O,其会很大程度地破坏镁致密的晶格结构,使镁的表面结构变得疏松有孔。其次,溶液中的Cl-、SO42-、HCO3-和HPO42-会通过孔隙进入镁结构内部,通过Mg—Cl、Mg—S、Mg—C和Mg—P间相互作用力拉大Mg—Mg的键长,使得其结构更加疏松,进一步加快其腐蚀进程。加入Cl-、SO42-、HCO3-和HPO42-以后,会生成氧化物MgOxH2x,使镁的腐蚀大幅度加快。加入Cl-以后,会生成HCl,加入SO42-以后,O原子会把Mg原子拉出Mg层,Mg原子会溶入溶液,从而使镁层腐蚀。加入HCO3-以后,会生成H3CO4。HPO42-的加入,会生成弱酸H2PO4。这些生成物都会对镁的腐蚀产生很大的影响。结果表明:加入无机离子后,模拟体系的氧化反应程度增大,增大了镁的腐蚀程度。生成物中若含有HCl、H2SO4,其体系中镁的腐蚀剧烈,程度较深。生成物中若含有OH-,其也会对镁的腐蚀产生影响,但其生成量很少,影响程度有限。生成物中若含有H2CO3、H3PO4等弱酸,对镁的腐蚀作用相对较小,说明Cl-、SO42-是引起镁腐蚀的主要原因。

• 单位
  西安工业大学; 机电工程学院