东南大学腐蚀顶刊：室温循环变形诱导纳米团簇增强5xxx系Al合金的强度和敏化抗性

2024-01-23 16:15:39 作者：腐蚀与防护来源：腐蚀与防护分享至：

5xxx系Al-Mg基合金属于不可热处理强化型铝合金，几乎没有时效硬化响应，其主要强化来源是固溶强化和加工硬化。而对于过饱和的商用5xxx系铝合金而言，一个挑战性的难题在于即便是在50℃的温度条件下长期使用，也会在晶界处析出阳极的Al3Mg2相（β相），从而导致了合金的敏化并损害了其抗晶间腐蚀（IGC）和抗应力腐蚀开裂（SCC）等腐蚀性能。这对于5xxx系铝合金材料在船舶与海洋工程装备中的应用是一个急需解决的问题。

另外，5xxx系铝合金在汽车车身板上也有着非常重要的应用。一般汽车车身外板使用的是强度更高的热处理强化型6xxx系铝合金，而内板则使用的是强度较低的5xxx系铝合金，这两个系列铝合金的内外混用，给报废汽车时废铝的回收再利用过程带来很大的困难。

因此，提出一种新的加工工艺能够同时提高5xxx系铝合金的强度和抗敏化能力对于工业应用是非常重要的。

基于上述5xxx系铝合金目前存在的大家普遍关心的重要问题，东南大学材料科学与工程学院孙文文教授团队利用之前研究的室温循环强化的新加工工艺对5xxx系铝合金中常用的AA5083合金进行处理，该工艺能够应用在5xxx系铝合金上的前提是因为5xxx系铝合金为过饱和固溶体，在室温下Mg的析出具有强烈的热力学驱动力，而通过人工注入空位解决了动力学上原子扩散困难的问题。本工作正是围绕室温循环变形对AA5083合金微观结构的演变、强化机理与腐蚀机理的研究而开展。

图1 不同状态AA5083合金的微观结构

图2 不同状态AA5083合金的拉伸性能

图3 不同状态AA5083合金的NAMLT值

图4 不同状态AA5083合金敏化前后的晶间腐蚀形貌和最大晶间腐蚀深度

图5 不同状态AA5083合金敏化后的电化学腐蚀结果

图6 循环强化后AA5083合金的TEM结果

图7 循环强化后AA5083合金的APT结果

图8 不同状态AA5083合金敏化后晶界附近的TEM结果

图9 循环强化后AA5083合金敏化后基体内的TEM结果

这项工作的创新点在于，首次在不可热处理强化型5xxx系铝合金中引入了溶质团簇的概念。通过室温循环变形处理，在合金的基体中引入了高密度的纳米尺寸团簇显著强化了材料。

另一个创新点在于，为5xxx系铝合金的腐蚀性能研究方面提供了新的腐蚀机理，溶质团簇的存在抑制了后续敏化处理时晶界阳极析出相的形成，这有利于增强合金的腐蚀抗性。因此，室温循环变形的新加工工艺在5xxx系铝合金中的引入具有重大意义。

论该研究成果以题为“Enhancing the strength and sensitization resistance of 5xxx alloys via nanoscale clustering induced by room-temperature cyclic plasticity”发表在材料腐蚀领域顶级期刊Corrosion Science上。东南大学孙文文教授、澳大利亚Monash大学Christopher Hutchinson教授和中南大学的张瑞丰副教授为本文的通讯作者，东南大学材料科学与工程学院博士生张勇为本文的第一作者。