作者：河海大學(xué) 來源： 腐蝕與防護(hù)

        近期，河海大學(xué)吳國(guó)松課題組以“Improved barrier effect of hierarchical micro-nanoprecipitate framework in magnesium-aluminum alloy for corrosion mitigation”為題在腐蝕領(lǐng)域頂刊《Corrosion Science》發(fā)表鎂合金腐蝕防護(hù)新成果。

        地球的鎂資源非常豐富，而且金屬鎂密度很小(1.74g/cm3)，是結(jié)構(gòu)輕量化的理想用材之一。被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色結(jié)構(gòu)材料”的鎂合金是金屬鎂應(yīng)用的主要形式，在航空航天、民用建筑、海洋工程、交通運(yùn)輸、國(guó)防軍工、生物醫(yī)學(xué)、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，鎂的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，鎂及鎂合金在水溶液中較差的耐蝕性能嚴(yán)重制約了其實(shí)際應(yīng)用。鎂合金的第二相對(duì)其力學(xué)性能有著重要的調(diào)控作用，但同時(shí)也不可避免地影響著鎂合金的耐蝕性能。以常用的鎂鋁合金為例，其β相(Mg17Al12)在水溶液腐蝕過程中通常扮演著雙重角色。一方面，因β相充當(dāng)著腐蝕原電池的陰極而加速鎂基體腐蝕，另一方面，由于β相具有相對(duì)較好的耐蝕性，在適當(dāng)?shù)臈l件下可以充當(dāng)鎂基體的腐蝕屏障。

        為了進(jìn)一步提高β相的腐蝕屏障效應(yīng)，吳國(guó)松課題組提出“分級(jí)結(jié)構(gòu)析出相”的概念，以熔煉的Mg-13Al合金(高鋁含量)為研究對(duì)象，通過簡(jiǎn)易時(shí)效處理方法，在裁剪鑄態(tài)合金β相框架的基礎(chǔ)上獲得了大量的微納層片狀β析出相，進(jìn)而在鎂合金內(nèi)部成功構(gòu)成了分級(jí)結(jié)構(gòu)微納β析出相框架(圖1)。

  圖1：鎂鋁合金中具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的微納析出相(掃描電鏡圖像)

        腐蝕測(cè)試顯示，時(shí)效態(tài)鎂合金初期的耐蝕能力由于較強(qiáng)的微電偶腐蝕效應(yīng)存在而弱于鑄態(tài)和固溶態(tài)，但隨著腐蝕的進(jìn)行，β相的屏障效應(yīng)凸顯，使得耐蝕能力優(yōu)于其它兩種狀態(tài)的合金。通過有限元模擬和微觀形態(tài)觀察，推測(cè)腐蝕產(chǎn)物膜和分級(jí)結(jié)構(gòu)β相構(gòu)成了類“磚-漿”結(jié)構(gòu)，其“膜-相”協(xié)同調(diào)控是鎂合金耐蝕性較大幅度改善的主因(圖2)。

  圖2：鑄態(tài)、固溶態(tài)和時(shí)效態(tài)鎂鋁合金的腐蝕過程示意圖

        該研究工作以概念發(fā)展為驅(qū)動(dòng)，利用常規(guī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了分級(jí)結(jié)構(gòu)微納第二相框架的構(gòu)筑，在提高力學(xué)強(qiáng)度的同時(shí)改善了耐蝕性能，為未來高性能鎂合金設(shè)計(jì)提供了更多參考。

        課題組孫甲鵬副研究員和吳國(guó)松教授為論文共同通訊作者，博士研究生許冰倩完成了論文中重要的實(shí)驗(yàn)工作。該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)的資助。

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