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東南大學(xué)腐蝕頂刊：室溫循環(huán)變形誘導(dǎo)納米團(tuán)簇增強(qiáng)5xxx系A(chǔ)l合金的強(qiáng)度和敏化抗性

2024-01-23 16:15:39 作者：腐蝕與防護(hù) 來源：腐蝕與防護(hù) 分享至：

5xxx系A(chǔ)l-Mg基合金屬于不可熱處理強(qiáng)化型鋁合金，幾乎沒有時效硬化響應(yīng)，其主要強(qiáng)化來源是固溶強(qiáng)化和加工硬化。而對于過飽和的商用5xxx系鋁合金而言，一個挑戰(zhàn)性的難題在于即便是在50℃的溫度條件下長期使用，也會在晶界處析出陽極的Al3Mg2相（β相），從而導(dǎo)致了合金的敏化并損害了其抗晶間腐蝕（IGC）和抗應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）等腐蝕性能。這對于5xxx系鋁合金材料在船舶與海洋工程裝備中的應(yīng)用是一個急需解決的問題。

另外，5xxx系鋁合金在汽車車身板上也有著非常重要的應(yīng)用。一般汽車車身外板使用的是強(qiáng)度更高的熱處理強(qiáng)化型6xxx系鋁合金，而內(nèi)板則使用的是強(qiáng)度較低的5xxx系鋁合金，這兩個系列鋁合金的內(nèi)外混用，給報(bào)廢汽車時廢鋁的回收再利用過程帶來很大的困難。

因此，提出一種新的加工工藝能夠同時提高5xxx系鋁合金的強(qiáng)度和抗敏化能力對于工業(yè)應(yīng)用是非常重要的。

基于上述5xxx系鋁合金目前存在的大家普遍關(guān)心的重要問題，東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院孫文文教授團(tuán)隊(duì)利用之前研究的室溫循環(huán)強(qiáng)化的新加工工藝對5xxx系鋁合金中常用的AA5083合金進(jìn)行處理，該工藝能夠應(yīng)用在5xxx系鋁合金上的前提是因?yàn)?xxx系鋁合金為過飽和固溶體，在室溫下Mg的析出具有強(qiáng)烈的熱力學(xué)驅(qū)動力，而通過人工注入空位解決了動力學(xué)上原子擴(kuò)散困難的問題。本工作正是圍繞室溫循環(huán)變形對AA5083合金微觀結(jié)構(gòu)的演變、強(qiáng)化機(jī)理與腐蝕機(jī)理的研究而開展。

圖1 不同狀態(tài)AA5083合金的微觀結(jié)構(gòu)

圖2 不同狀態(tài)AA5083合金的拉伸性能

圖3 不同狀態(tài)AA5083合金的NAMLT值

圖4 不同狀態(tài)AA5083合金敏化前后的晶間腐蝕形貌和最大晶間腐蝕深度

圖5 不同狀態(tài)AA5083合金敏化后的電化學(xué)腐蝕結(jié)果

圖6 循環(huán)強(qiáng)化后AA5083合金的TEM結(jié)果

圖7 循環(huán)強(qiáng)化后AA5083合金的APT結(jié)果

圖8 不同狀態(tài)AA5083合金敏化后晶界附近的TEM結(jié)果

圖9 循環(huán)強(qiáng)化后AA5083合金敏化后基體內(nèi)的TEM結(jié)果

這項(xiàng)工作的創(chuàng)新點(diǎn)在于，首次在不可熱處理強(qiáng)化型5xxx系鋁合金中引入了溶質(zhì)團(tuán)簇的概念。通過室溫循環(huán)變形處理，在合金的基體中引入了高密度的納米尺寸團(tuán)簇顯著強(qiáng)化了材料。

另一個創(chuàng)新點(diǎn)在于，為5xxx系鋁合金的腐蝕性能研究方面提供了新的腐蝕機(jī)理，溶質(zhì)團(tuán)簇的存在抑制了后續(xù)敏化處理時晶界陽極析出相的形成，這有利于增強(qiáng)合金的腐蝕抗性。因此，室溫循環(huán)變形的新加工工藝在5xxx系鋁合金中的引入具有重大意義。

論該研究成果以題為“Enhancing the strength and sensitization resistance of 5xxx alloys via nanoscale clustering induced by room-temperature cyclic plasticity”發(fā)表在材料腐蝕領(lǐng)域頂級期刊Corrosion Science上。東南大學(xué)孫文文教授、澳大利亞Monash大學(xué)Christopher Hutchinson教授和中南大學(xué)的張瑞豐副教授為本文的通訊作者，東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生張勇為本文的第一作者。