导读
在Al-20Mg2Si复合材料中引入微量La元素，调节其显微组织和腐蚀性能。通过热分析、显微组织观察和电化学测试，系统地研究了微量La的改性机理和复合材料的腐蚀行为。研究表明，微量La通过形成微小的LaAlSi相来细化初生Mg2Si相的尺寸，从而在凝固过程中为初生Mg2Si相提供有效的非均相核。过量的La原子可以选择性吸附在初生Mg2Si相的{100}面上，抑制Mg2Si相的择优生长。La微合金Al-20Mg2Si复合材料的耐蚀性增强可归因于形成了更强的保护表面氧化膜和更细的初生Mg2Si相，有效地阻碍腐蚀介质的渗透并减弱Al-Mg2Si复合材料的局部腐蚀倾向。该研究为高耐蚀铝合金及其复合材料的制备提供新的启示。
随着全球环境污染和能源危机，对高性能轻量化材料的需求显著增加，特别是铝合金及其复合材料。当硬质Mg2Si增强体嵌入软Al基体中时，形成的Al-Mg2Si合金具有高比强度、良好的浇注性、优异的耐磨性和耐热性。具有复合结构的Al-Mg2Si合金被认为是航空航天和汽车领域有前途的候选材料。然而，过共晶Al-Mg2Si复合材料中的初生Mg2Si相通常呈现出粗糙的枝晶形状，严重影响材料的性能，制约其实际应用。因此，控制初生Mg2Si相的尺寸和形貌是提高其性能的关键。
近年来，通过引入稀土元素对金属材料的高性能研究与应用受到了极大的关注，但大多集中在复合材料的微观组织和力学性能上。在实际工程应用中，Al-Mg2Si复合材料经常暴露在极具腐蚀性的环境中，其耐腐蚀性能对延长使用寿命也至关重要。目前，微量La对Al-Mg2Si复合材料显微组织和耐蚀性的影响机制有待进一步研究。
基于此，中国科学院重庆绿色智能技术研究院的范树迁研究员团队联合重庆大学生物工程学院吴静团队研究了La -微合金Al-20Mg2Si复合材料的组织演变和腐蚀行为。采用差示扫描量热分析和显微结构观察相结合的方法，对微量La的加入引起的改性机理进行了探讨。通过浸渍、电化学和X射线光电子能谱分析，揭示了不同La添加量下Al-20Mg2Si复合材料的腐蚀行为。研究结果以题为“Microstructural evolution and corrosion behavior of Al-20Mg2Si composites with trace La addition”发表于期刊《Journal of Materials Science & Technology》。
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结果表明，微量La的加入使Mg2Si初生相由粗枝晶转变为截断八面体。La添加量为0.10%时，Mg2Si初生相的平均尺寸由77.6 μm细化到26.7 μm，腐蚀电流密度从5.96 μA·cm−2降低到3.03 μA·cm−2。
微量La通过促进初生Mg2Si相的异质形核和抑制初生Mg2Si相的生长来细化和修饰初生Mg2Si相。现有的LaAlSi团簇为初生Mg2Si相提供了有效的异质相核。La原子在{100}表面的选择性吸附抑制了初生Mg2Si相的择优生长。
微量La的加入使Al-Mg2Si复合材料的保护表面氧化膜变强，初生Mg2Si相变细，可以有效地阻碍腐蚀介质的渗透，减弱其局部腐蚀倾向，从而显著增强其耐蚀性。
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