導讀
在Al-20Mg2Si複合材料中引入微量La元素，調節其顯微組織和腐蝕性能。通過熱分析、顯微組織觀察和電化學測試，系統地研究了微量La的改性機理和複合材料的腐蝕行為。研究表明，微量La通過形成微小的LaAlSi相來細化初生Mg2Si相的尺寸，進而在凝固過程中為初生Mg2Si相提供有效的非均相核。過量的La原子可以選擇性吸附在初生Mg2Si相的{100}面上，抑制Mg2Si相的擇優生長。La微合金Al-20Mg2Si複合材料的耐蝕性增強可歸因于形成了更強的保護表面氧化膜和更細的初生Mg2Si相，有效地阻礙腐蝕媒體的滲透并減弱Al-Mg2Si複合材料的局部腐蝕傾向。該研究為高耐蝕鋁合金及其複合材料的制備提供新的啟示。
随着全球環境污染和能源危機，對高性能輕量化材料的需求顯著增加，特别是鋁合金及其複合材料。當硬質Mg2Si增強體嵌入軟Al基體中時，形成的Al-Mg2Si合金具有高比強度、良好的澆注性、優異的耐磨性和耐熱性。具有複合結構的Al-Mg2Si合金被認為是航空航天和汽車領域有前途的候選材料。然而，過共晶Al-Mg2Si複合材料中的初生Mg2Si相通常呈現出粗糙的枝晶形狀，嚴重影響材料的性能，制約其實際應用。是以，控制初生Mg2Si相的尺寸和形貌是提高其性能的關鍵。
近年來，通過引入稀土元素對金屬材料的高性能研究與應用受到了極大的關注，但大多集中在複合材料的微觀組織和力學性能上。在實際工程應用中，Al-Mg2Si複合材料經常暴露在極具腐蝕性的環境中，其耐腐蝕性能對延長使用壽命也至關重要。目前，微量La對Al-Mg2Si複合材料顯微組織和耐蝕性的影響機制有待進一步研究。
基于此，中國科學院重慶綠色智能技術研究院的範樹遷研究員團隊聯合重慶大學生物工程學院吳靜團隊研究了La -微合金Al-20Mg2Si複合材料的組織演變和腐蝕行為。采用差示掃描量熱分析和顯微結構觀察相結合的方法，對微量La的加入引起的改性機理進行了探讨。通過浸漬、電化學和X射線光電子能譜分析，揭示了不同La添加量下Al-20Mg2Si複合材料的腐蝕行為。研究結果以題為“Microstructural evolution and corrosion behavior of Al-20Mg2Si composites with trace La addition”發表于期刊《Journal of Materials Science & Technology》。
點選圖檔閱讀原文
結果表明，微量La的加入使Mg2Si初生相由粗枝晶轉變為截斷八面體。La添加量為0.10%時，Mg2Si初生相的平均尺寸由77.6 μm細化到26.7 μm，腐蝕電流密度從5.96 μA·cm−2降低到3.03 μA·cm−2。
微量La通過促進初生Mg2Si相的異質形核和抑制初生Mg2Si相的生長來細化和修飾初生Mg2Si相。現有的LaAlSi團簇為初生Mg2Si相提供了有效的異質相核。La原子在{100}表面的選擇性吸附抑制了初生Mg2Si相的擇優生長。
微量La的加入使Al-Mg2Si複合材料的保護表面氧化膜變強，初生Mg2Si相變細，可以有效地阻礙腐蝕媒體的滲透，減弱其局部腐蝕傾向，進而顯著增強其耐蝕性。
免責聲明：本文原創自期刊正式發表論文，僅供學術交流，資料和圖檔來源于所屬出版物，如有侵權請聯系删除。