7、镁基金属间化合物的电化学行为与腐蚀研究

镁基金属间化合物的电化学行为与腐蚀研究

1. 镁合金的特性与研究背景

镁合金凭借其低密度、高强度等优异特性，在众多工程领域备受关注，尤其在交通运输行业，作为轻质材料有助于降低能耗和二氧化碳排放。然而，镁合金较差的耐腐蚀性限制了其广泛应用，主要原因在于镁难以形成稳定氧化膜以及其较高的电化学活性。此外，合金中金属间化合物的存在引发的微观结构和化学不均匀性，会形成局部原电池，加速腐蚀。因此，准确表征镁合金中各种二次金属间相的电化学行为，对于深入了解镁合金的性能至关重要。

2. 第一性原理研究镁基金属间化合物的电化学行为

2.1 电化学行为的影响因素

晶体表面的电化学行为强烈依赖于表面性质（表面能量密度和功函数）和化学键特性（对吉布斯自由能的体相贡献和平衡电位）。具体如下：
- 表面能量密度 ：创建表面所需的能量，表面能量密度越高，电化学活性越强。
- 功函数 ：衡量电子通过表面所需的能量，功函数越小，表面越容易失去电子，反应性越强。
- 对吉布斯自由能的体相贡献（ΔG0） ：表示通过打破化学键形成离子所需的能量。
- 平衡电位 ：在给定电解质中，氧化和还原反应速率相等时的电化学电位。

2.2 研究方法与对象

采用DFT方法全面表征镁合金中常见的镁基二元金属间化合物（Mg₁₇Al₁₂、MgZn₂、Mg₃Nd、Mg₂Si、Mg₂₄Y₅、Mg₂Ca、Mg₁₂Ce、Mg₁₂La、Mg₂Cu和Mg₂Sn）的电化学性质。开发了基于第一性原