来源:MDPI 发布时间:2022/3/31 16:52:46
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MDPI 编辑荐读 | Materials材料腐蚀文章赏析合集

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腐蚀是材料领域存在已久的问题,一方面材料的腐蚀给社会经济带来严重损失;另一方面它涉及各行各业,对新材料技术的应用有着深远影响,因而受到研究者们广泛而持续的关注。本期精选了近年来发表于Materials期刊的关于材料腐蚀研究的5篇代表性文章,为读者介绍材料腐蚀研究在不同领域内的新进展。

No.1. Corrosion of Metallic Biomaterials: A Review

金属生物材料的腐蚀研究综述

Noam Eliaz

https://doi.org/10.3390/ma12030407

金属生物材料在人类医疗器械中的使用频率远高于其他任何材料。植入物材料的耐腐蚀性会影响其功能性和耐用性,也是决定生物相容性的主要因素。除了可生物降解的金属外,金属生物材料的基本范式是“耐腐蚀性越强,生物相容性越高”。人体体内环境复杂,给植入物材料的耐腐蚀性方面带来许多挑战。来自以色列特拉维夫大学的Noam Eliaz教授在这篇综述中,详细分析了人体环境,并讨论了不同生物材料的腐蚀对生物相容性的可能影响。给出了体内腐蚀,钝化,分解和再生的动力学的相关研究介绍。回顾了最常用的金属生物材料及其腐蚀性能,包括不锈钢、钴铬合金、钛及其钛合金、镍钛诺形状记忆合金、牙科银汞合金、金属玻璃和可生物降解的金属。介绍了植入物失效,修复和失效分析的原理,以及体内最常见的腐蚀过程。最后,重点介绍了控制金属生物材料腐蚀的方法。

No.2. AC Corrosion of Carbon Steel under Cathodic Protection Condition: Assessment, Criteria and Mechanism. A Review

阴极保护条件下碳钢的交流电腐蚀:评估、标准与机制综述

Andrea Brenna*, Silvia Beretta and Marco Ormellese

https://doi.org/10.3390/ma13092158

本综述对交流电干扰现象进行了评估,对交流电腐蚀的可能性、干扰程度和腐蚀机制也展开了重点介绍和讨论。

(1) 交流电腐蚀可能性的评估,应参考交流电压等参数:

AC voltage, VAC; 交流电电压

AC voltage, VAC; 交流电电压

DC density, iDC; 直流电电流密度

AC/DC densities ratio, iAC/iDC; 交/直流电流密度比

(2) 可接受的交流电干扰程度——保护标准

交流电干扰条件下,当极化电位 EIR-free < −1.2 V vs. CSE (copper-copper sulfate reference electrode) 时出现“过保护”。

(3) 交流电腐蚀机制

在高电流密度下,随着钝化膜的形成和碳钢上的沉积物 (钙质沉积物) 的出现,接近涂层缺陷的电解液会发生强烈的碱化。

土壤的化学成分、pH值和覆盖层缺陷处的抗扩散性似乎起着至关重要的作用,控制着局部的交流和直流密度。

高pH腐蚀会引发局部腐蚀;低电位腐蚀可能由化学腐蚀引发 (有双次亚铁氧体离子(HFeO2-)生成)。

No.3. Effect of Electron Donating Functional Groups on Corrosion Inhibition of J55 Steel in a Sweet Corrosive Environment: Experimental, Density Functional Theory, and Molecular Dynamic Simulation

供电子官能团对CO2腐蚀环境中J55钢腐蚀抑制的影响:实验、密度泛函理论及分子动力学模拟研究

Ambrish Singh et al.

https://doi.org/10.3390/ma12010017

本文以苯并咪唑衍生物为抑制剂,考察了在溶有CO2的氯化钠 (3.5 wt%) 溶液中,该抑制剂对J55钢腐蚀的抑制情况。实验结果表明,当抑制剂浓度为400 mg/L时,钢的腐蚀抑制率高达94%。苯并咪唑衍生物在J55钢表面的吸附符合Langmuir吸附曲线。加入抑制剂后,降低了阴极和阳极的电流密度,钢的阻抗参数随之明显增强。

No.4. Investigation of the Corrosion Behavior of Atomic Layer Deposited Al2O3/TiO2 Nanolaminate Thin Films on Copper in 0.1 M NaCl

沉积在铜金属上的原子层Al2O3/TiO2纳米层压薄膜在0.1 M NaCl溶液中的腐蚀研究

Michael A. Fusco, Christopher J. Oldham and Gregory N. Parsons*

https://doi.org/10.3390/ma12040672

通常,用于铜金属表面的原子层沉积 (ALD) 薄膜主要成分为Al2O3,已有研究表明Al2O3/TiO2复合纳米层压薄膜可用于腐蚀防护。来自美国北卡罗来纳州立大学的Gregory N. Parsons教授及其团队在文章中指出,溶液中总会存在一定量的氧气,而溶解氧对Al2O3/TiO2复合薄膜抗腐蚀性能的影响在此之前未见报道。其研究表明,溶解氧会加剧铜在含氯介质中的腐蚀,而对Al2O3/TiO2复合薄膜的稳定性影响较小。文章还探讨了Al2O3与TiO2薄膜厚度对防腐性能的影响,最终发现当两者分别为5 nm时,复合防腐层的性能最佳。

No.5. Numerical Modelling of Effects of Biphasic Layers of Corrosion Products to the Degradation of Magnesium Metal In Vitro

腐蚀产物两相层对金属镁体外降解影响的数值模拟

Safia K. Ahmed, John P. Ward* and

Yang Liu

https://doi.org/10.3390/ma11010001

金属镁 (Mg) 在整形外科植入材料中越来越受欢迎。相比其他植入物材料,镁的机械特性更接近骨骼,因此在恢复过程中可以更自然地愈合。同时作为可生物降解的材料,也不需要进一步的手术来取出硬体。但是,镁在临床相关的水性环境中会迅速腐蚀,从而影响材料使用。这个问题可以通过镁合金化来解决,但是在优化临床使用材料的性能方面仍然存在挑战。来自英国拉夫堡大学的John P. Ward提供了一个数学模型,通过系统化的方法定量预测水性环境中的镁腐蚀现象,为镁合金腐蚀的体外研究以确定植入物设计参数提供了一种标准化方法。John P. Ward用数学方法模拟了镁 (或镁合金) 在水环境 (如细胞培养液) 中的腐蚀,以及腐蚀产物Mg(OH)2和MgCO3,形成了Mg、Mg(OH)2和MgCO3三个离散区域,其边界随时间变化。使用渐近展开处理数据结果,用数值方法求解了具有多个移动边界的对流扩散方程的结果模型。该模型的自由参数较少,结果表明,可以通过调整自由参数来预测整个腐蚀速率范围,反映纯镁或镁合金之间的差异。相对简单的体外实验数据和CT扫描可用于校准模型的自由参数,从而使模型能够在更具挑战性的实验条件下预测结果,以优化基于Mg的植入物材料。

 
 
 
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