纳米颗粒对铝合金板材的影响

　　随着汽车航空领域的快速发展，迫切需要高强度铝合金板材。近年来，广泛的研究表明，将纳米颗粒作为强化相加入到铝合金中可以显著的从提高铝合金的机械性能，所获得的新型纳米颗粒增强铝基复合材料已经成功获得应用。

　　在实际应用中，铝合金板材的腐蚀性能尤为关键。然而，关于纳米颗粒对铝合金腐蚀行为的影响至今没有较为系统的工作来阐释。尤其是在海洋船舶等领域中，一旦材料发生腐蚀，其机械性能会大幅度下降，导致材料的提前失效。因此，开展研究纳米颗粒对铝合金的腐蚀性为影响极为关键。

　　近日，吉林大学姜启川教授课题组通过内生法制备了TiC和TiB2纳米颗粒，并加入到6061铝合金中，研究了两种纳米颗粒对铝合金板材的腐蚀性能影响。相关论文以题为“Effectsof nanosized TiC and TiB2 particles on the corrosion behaviorof Al-Mg-Si alloy”发表在Corrosion Science上。感谢姜启川教授课题组为我们解读此文。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X19318347

　　在本文的研究中，作者通过中间合金法和搅拌铸造法将纳米颗粒加入到铝合金基体中后，冷轧获得铝合金板材。通过加速腐蚀实验，电化学实验和浸泡实验多方位的表征了铝合金板材的腐蚀行为。通过加速腐蚀实验发现加入纳米颗粒后，铝合金板材的晶间腐蚀发生了巨大变化，最终导致了不同的最大腐蚀深度。其中，与基体合金相比，加入TiC纳米颗粒的铝合金板材的最大腐蚀深度要明显降低，而加入TiB2纳米颗粒的铝合金板材的最大腐蚀深度大大增加。

图1.加速腐蚀实验后的最大腐蚀深度，(a)Al-Mg-Si基体合金，(b)加入TiC纳米颗粒，(c)加入TiB2纳米颗粒。

　　为了进一步探究纳米颗粒的影响，作者通过电化学实验获得了不同材料的腐蚀速率并发现了明显的钝化现象。在加入纳米颗粒后，材料的钝化膜即Al2O3的含量发生了变化。加入TiC纳米颗粒的铝合金板材在加速腐蚀后所残余的Al2O3含量要显著高于其他两种材料。作者通过浸泡腐蚀实验，捕捉了钝化膜从产生到消耗对腐蚀行为的影响规律，并将整个腐蚀过程首次以一个循环的概念来进行分析。其中，一个循环包含两个阶段。结合上电化学实验，发现加入纳米颗粒后，主要是由于晶界腐蚀速率不同导致了腐蚀性为的变化。

图2，极化曲线

图3，阻抗曲线，(a)Al-Mg-Si基体合金，(b)加入TiC纳米颗粒，(c)加入TiB2纳米颗粒

图4，加速腐蚀实验前后的XPS图谱，(a,d)Al-Mg-Si基体合金，(b,e)加入TiC纳米颗粒，(c,f)加入TiB2纳米颗粒

图5.浸泡腐蚀曲线

　　作者通过对晶界处的第二相观察，提出了不同纳米颗粒对铝合金板材腐蚀行为的影响原因。其中TiC纳米颗粒细化铝合金组织并大多分布在晶粒内部，减少了晶界处的第二相数量，降低了晶间腐蚀速率并简介提高了钝化膜的连续性，从而获得了较好的腐蚀性能。而TiB2纳米颗粒虽然同样细化了铝合金组织，但大多分布在晶界处。分布在晶界处的TiB2纳米颗粒大大的提高了晶间腐蚀速率并破坏了钝化膜的连续性，导致在腐蚀过程中，没有连续的钝化膜保护基体，从而导致了腐蚀性能的降低。

图6.(a)加入TiC纳米颗粒，(b)加入TiB2纳米颗粒后的晶界处TEM图像和相应的EDS图谱

图7.(a)TiC纳米颗粒和(b)TiB2纳米颗粒晶体结构及形貌。

　　本文的研究为Al-Ti-C,Al-Ti-B孕育剂及纳米颗粒增强铝基复合材料在腐蚀领域的应用提供了重要的实验参考，也为生产耐蚀的高性能铝合金板材提供了有效新途径。