北京科技大學張博威團隊：增材制造鎳鋁青銅合金的制備與腐蝕行為研究進展
2024-05-09 14:45:57
作者： 銅業(yè)工程 來源： 銅業(yè)工程
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《銅業(yè)工程》2024年第1期論文《增材制造鎳鋁青銅合金的制備與腐蝕行為研究進展》，由北京科技大學新材料技術(shù)研究院劉明澤碩士供稿。論文全部作者分別是：劉明澤1，周禮龍2，左鵬程1，郭朗1，張澤群1，何淑潔1，吳俊升1，張博威1；作者單位分別是：1.北京科技大學新材料技術(shù)研究院；2.航天工程裝備（蘇州）有限公司。
鎳鋁青銅合金因具有較好的延展性、強度、斷裂韌性及耐腐蝕性而廣泛應用于石油、航空工業(yè)和船舶應用等領域。傳統(tǒng)鑄造等工藝制備的鎳鋁青銅合金具有復雜的物相組成，在嚴苛的服役環(huán)境條件下容易發(fā)生嚴重的腐蝕失效。近年來，增材制造技術(shù)在銅合金加工領域發(fā)展迅速?；诳焖俜瞧胶饽烫匦裕梢酝ㄟ^顯微組織調(diào)控來提高銅合金的機械性能，并有望提升其在嚴苛服役環(huán)境中的耐腐蝕性能。制備鎳鋁青銅的主要增材制造方法有粉床熔融技術(shù)和定向能沉積技術(shù)。相比于傳統(tǒng)鑄造，增材制造技術(shù)制備的鎳鋁青銅合金具有更低的缺陷密度。此外，合金因受到局部高溫梯度和快速凝固的影響，得到細小而均勻的晶粒，并且析出相分布更為均勻。
圖1 (a-i, a-ii)鑄態(tài)鎳鋁青銅和(c-i, c-ii)增材制造鎳鋁青銅合金的SEM圖像
目前，增材制造鎳鋁青銅合金的制備工藝及性能優(yōu)化研究還處于起步階段。針對其對合金耐腐蝕性能影響的研究主要以選相腐蝕為主，鎳鋁青銅合金是一種典型的多相合金，在酸性環(huán)境中，合金中的相表面電位比α相低，因此κ相處會首先發(fā)生腐蝕。然而，在中性含氯溶液中，由于κ相富含Al，形成氧化鋁保護膜后，其表面電位比α相更高，導致處于陰陽極相交替分布處的α相更容易發(fā)生腐蝕。前期研究表明，β’相內(nèi)部的高應力馬氏體結(jié)構(gòu)在中性含氯溶液中容易優(yōu)先發(fā)生腐蝕，而增材制造鎳鋁青銅合金中β’相含量降低，故具有更好的耐腐蝕性能。為了改善增材制造鎳鋁青銅合金的性能，本文列舉了基于不同增材制造技術(shù)制備的鎳鋁青銅合金，圍繞合金的顯微組織、力學性能以及腐蝕行為展開深入探討，進一步對比分析了不同制備工藝參數(shù)和熱處理工藝與鎳鋁青銅顯微組織的關(guān)聯(lián)機制對其腐蝕行為的影響規(guī)律，深入分析了固溶處理、時效處理、淬火處理、退火處理等對鎳鋁青銅合金微觀結(jié)構(gòu)特征的影響。通過構(gòu)建增材制造鎳鋁青銅制備工藝-顯微組織特征-耐腐蝕性能之間的內(nèi)稟關(guān)系，為高性能增材制造鎳鋁青銅的設計優(yōu)化及應用提供理論基礎和實踐指導。雖然已有大量關(guān)于傳統(tǒng)鎳鋁青銅合金制備方法及力學性能研究，但仍然缺少合金腐蝕行為機理的系統(tǒng)研究，關(guān)于增材制造鎳鋁青銅合金耐腐蝕性能的探討更為匱乏，仍有諸多問題有待解決。例如，除了常見的均勻腐蝕和選相腐蝕以外，還缺少更多其他腐蝕形式的研究；不同的熱處理制度對鎳鋁青銅合金的腐蝕性能差別較大，仍需要不斷探索最佳的熱處理制度來保證穩(wěn)定提升合金的耐腐蝕性能。因此，要想獲得理想的增材制造鎳鋁青銅耐腐蝕性能，還需更多的研究來揭示其潛在的腐蝕機制。
①劉明澤，周禮龍，左鵬程，郭朗，張澤群，何淑潔，吳俊升，張博威. 增材制造鎳鋁青銅合金的制備與腐蝕行為研究進展 [J]. 銅業(yè)工程,2024(1):54-66.
②LIU Mingze，ZHOU Lilong，ZUO Pengcheng，GUO Lang，ZHANG Zequn，HE Shujie，WU Junsheng，ZHANG Bowei. Preparation and Corrosion Behavior of Additive Manufactured Nickel-Aluminum Bronze Alloys [J]. Copper Engineering, 2024(1):54-66.
doi: 10.3969/j.issn.1009-3842.2024.01.006
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