南京工大《Nature》子刊:超細孿晶,讓鎂合金兼具高強度和耐蝕性!

鎂動力 分類: 科研 發布時間: 2021-08-25 17:17

傳統的超細晶粒鎂合金可以獲得較高的強度,但由于夾雜了大量的非平衡晶界,對鎂合金的耐蝕性有很大的影響。

在此,來自南京工業大學等單位的研究者制備了一種由致密超細孿晶組成的超細晶組織,該組織具有高達469MPa的高強度,腐蝕速率降低了一個數量級。相關論文以題為“Evading strength-corrosion tradeoff in Mg alloys via dense ultrafine twins”發表在Nature Communications上。

論文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41467-021-24939-3

鎂(Mg)約占地殼的2.7%,密度約為鋼的23%,鋁的66%,是工業中廣泛使用的金屬,特別是在節能和環境友好的應用中。鎂化學反應性優異,其天然的鈍化表層不能提供足夠的防腐保護。此外,純鎂的機械強度較低,不能滿足工程應用的要求。因此,制備超高強度、高耐腐蝕鎂合金具有重要意義。因此,

一般來說,鎂合金的耐蝕性與其機械強度成反比,這在大量的超細晶或析出強化鎂合金中得到了很好的證明。鎂合金,具有較強的晶界強化響應和超細晶粒結構(晶粒尺寸<1μm)通常用于獲得超高強度鎂合金。嚴重塑性變形(SPD),是產生超細晶粒的有效方法。雖然鎂合金較差的工作能力,妨礙了許多SPD技術的適用性,但高壓扭轉(HPT)和表面機械磨損處理(SMAT)已經成功地制備了超細晶Mg產品。然而,這些超細晶粒由大量的非平衡晶界組成,對耐腐蝕性能產生不利影響。例如,SMAT后,純Mg和Mg-1Ca合金的腐蝕速率增加了一個以上的數量級。此外,SPD制備的這些超細晶鎂合金,對于工業應用來說往往太小,使用適合大規模生產的技術,制備高耐腐蝕性的超細晶鎂合金,仍然是一個巨大的挑戰。此外,析出硬化鎂合金中的二次相常作為負極,產生深度電偶腐蝕,特別是析出相分布不均勻,往往導致嚴重的局部腐蝕和機械完整性的迅速喪失。

變形孿晶,也用于細化晶粒和增強鎂合金。然而,由于孿晶界在應變作用下的高遷移率,往往導致同一孿晶變異體的孿晶增厚和聚并,因此,在鎂合金中制備高密度的超細孿晶是相當困難的,孿晶的強化效果也很有限。

在此,研究者報道一種通過精心設計的多向壓縮法,制備由密集的超細孿晶組成的超細晶鎂合金AZ80(晶粒尺寸~300 nm)的策略。與非平衡晶界相比,孿晶界的低能量,有效地規避了非平衡晶界對耐腐蝕性能的不利影響。除了高達469 MPa的高強度,這種超細孿晶(UFT)結構降低了一個數量級的腐蝕速率,并完全抑制了嚴重的局部腐蝕。這里提出的大規模生產可行工藝,使鎂合金的生產具有高強度和高耐腐蝕性。

圖1 高密度孿晶的微觀結構。

圖2 180°C時效24 h后的顯微組織。

圖3 在3 wt.% NaCl溶液中的腐蝕速率。

圖4 3 wt.% NaCl溶液后的腐蝕形貌。

圖5 室溫拉伸力學性能。

圖6 電化學腐蝕特性及腐蝕機理。

來源: 材料科學與工程

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