B30 Cu-Ni合金因具有良好的导热性、可切削性以及耐海水腐蚀性，被广泛应用于海洋热交换器、冷凝器和管道系统，但海洋环境中的高盐度以及动态流场等特性使其仍易发生腐蚀失效。其中，工业制造或安装过程中产生的表面状态差异是影响其腐蚀行为的关键因素。现有研究对B30合金基底的腐蚀行为关注较多，但对工业表面状态如何调控其腐蚀机制和预浸泡膜演化的研究不足，表面-膜层-性能的内在关系尚未明确。

近日潍坊大学&东北大学研究了B30 Cu-Ni合金在模拟海洋环境中的表面状态调控耐腐蚀性及预浸泡膜演化规律，通过多维度实验和先进表征手段开展系统研究，明确了表面状态及膜层结构与合金腐蚀性能的内在关联，为工程应用提供理论和实践支撑。相关研究以“Surface-state-regulated corrosion resistance and differential pre-immersion film evolution of B30 Cu-Ni alloy in simulated marine environments”为题被发表在期刊《Electrochimica Acta》上。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.electacta.2026.148209

【核心内容】

该研究系统探究了抛光（PT）、光亮（BT）、喷砂（SBT）、划痕（ST）和黑斑（DT）5种工业表面状态对B30 Cu-Ni合金在模拟海洋环境中耐腐蚀性及预浸泡膜演化的影响。其中，PT表面提供了最优保护，而喷砂表面显著降低了B30 Cu-Ni合金的耐腐蚀性。含有残留碳膜的表面会促进严重的电偶腐蚀，且腐蚀产物中Cu²⁺/Cu⁺的比例对其防护性能有很大的影响。在优化条件下进行20天的预浸泡处理，可得到具有最大保护作用的层状非晶膜。

图形摘要

【研究成果】

① 耐腐蚀性核心排序

5种表面状态耐腐蚀性在所有模拟环境中均为PT>BT>SBT>ST>DT。动态流场可促进钝化膜形成，提升所有表面耐腐蚀性。静动交替保留了部分流场优势，静态环境仅形成过渡态表面膜，DT无有效防护膜。

在模拟人工海水中静态浸泡1天后，B30合金不同表面条件下的电化学测试

在模拟人工海水中动态浸泡1天后，B30合金不同表面条件下的电化学测试

在模拟人工海水中进行静态-动态浸泡1天后，对表面条件不同的B30合金进行电化学测试

② 防护性能关键指标

腐蚀产物中Cu²⁺/Cu⁺比值主导表面膜防护性，比值越高防护性越强。静态环境下PT/BT/SBT/ST/DT比值依次为4.05/3.82/1.77/1.72/1.26，与耐腐蚀性完全匹配。

在静态、动态和静动态条件下，B30管浸泡1天和5天后的腐蚀速率

③ 各表面腐蚀机制

PT表面具有低缺陷和低粗糙度，更容易形成连续防护膜，而BT和ST受表面粗糙度影响，粗糙度升高加速电偶腐蚀。SBT喷砂到导致了粗糙度升高和砂粒污染，且晶粒细化仅部分补偿了腐蚀倾向。DT表面含退火残留碳膜，碳膜作为阴极与基底形成电偶对，易引发严重局部腐蚀。

动态环境下浸泡1天和5天后DT样品的表面、横截面形貌和EDS结果

④ 最优预浸泡工艺

50℃、0.15 mol/L Cl⁻和1.5 m/s流速下20天预浸泡是该研究中的最佳条件，此时材料表面形成层状非晶预浸泡膜，所有表面防护性能达峰值，而预浸泡10天膜层未充分形成，30天则膜层的稳定性下降。

B30在最佳预浸泡环境中浸泡20天后的表面、横截面形态和EDS结果

在最佳预浸泡环境下，DT在20天后的表面、横截面形态和EDS结果

B30合金不同表面状态下的膜形成过程示意图

⑤ 预浸泡膜结构与成分

最优条件下PT和BT表面形成双层非晶膜，该膜主要以NiO/Ni(OH)₂为主，防护性最优。ST膜层含多晶区域且缺陷更多，且SBT仅形成～25nm超薄膜，Cu相对Ni富集程度高，现有工艺几乎无效。此外，DT膜层RECF区厚度约3μm，非RECF区约90nm，厚度差异极大，主要为疏松Cu基产物，无有效防护。

静态、动态和静态-动态浸泡5天后腐蚀产物的XPS结果

(a) 横截面TEM图像，(b) 元素分布线扫描，(c, d) 对应的选区衍射图谱和(e) 预浸泡20天后的PT的EDS分析

(a) 横截面TEM图像，(b) 元素分布线扫描，(c) 对应的选区衍射图谱和(d) 预浸泡20天后的DT的对应EDS分析

⑥ 膜层演化规律

预浸泡膜沉积遵循Fe₂O₃→NiO→Cu₂O→CuO→Cu₂(OH)₃Cl→γ-FeOOH顺序，Ni基物种成核和生长驱动力远高于Cu基，是致密防护膜的核心。表面状态通过粗糙度、缺陷和RECF调控膜层成核与完整性，低缺陷表面易形成Ni基富集的有效防护膜。

(a) TOF-SIMS 离子深度分布和 (b) 预浸泡 20 天后的 PT 三维成像

(a) TOF-SIMS离子深度分布和 (b) 预浸泡20天后的DT三维成像

【总结与展望】

该研究明确了不同工业表面状态对B30 Cu-Ni合金海洋环境耐腐蚀性的调控规律，发现Cu²⁺/Cu⁺比值主导表面膜防护性能，并探明可形成防护性最优的层状非晶膜条件。后续可进一步探究多因素耦合下B30合金的腐蚀演化规律，为其在海洋工程中的全表面状态高效腐蚀防护提供更完善的技术支撑。