山东大学 | Scripta Mater. | 无晶间腐蚀Al-Zn-Mg-Cu合金的新现象发现与机理揭示
2026-06-10 14:01:03 作者:Metals Letters 来源:Metals Letters 分享至:

 

原文标题Discovery of novel phenomenon and mechanism revelation of an Al-Zn-Mg-Cu alloy without intergranular corrosion

标题翻译无晶间腐蚀Al-Zn-Mg-Cu合金的新现象发现与机理揭示

通讯作者单位山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室

本文报道了高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu合金在5.7% NaCl+0.3% H₂O₂溶液中不发生晶间腐蚀这一未见报道的新现象,并系统揭示了其微观机制。研究团队设计了三种合金:高Zn低Fe(Al-8.8Zn-2Mg-2Cu-0.01Fe)、高Zn高Fe(Al-8.8Zn-2Mg-2Cu-0.14Fe)和低Zn低Fe(Al-6.6Zn-2Mg-2Cu-0.01Fe),通过T6热处理后,在NaCl和NaCl+H₂O₂两种腐蚀介质中进行浸泡实验与电化学测试。结果表明,在NaCl+H₂O₂溶液中,两种高Zn合金均未发生晶间腐蚀,而低Zn合金则出现严重的晶间腐蚀(最大深度148 μm)。透射电镜与能谱分析发现,高Zn合金晶界析出相为分散分布的MgZn₂相(Zn/Mg比约1.7-1.9),而低Zn合金晶界析出相为连续分布的Mg₂Al₄Zn₃相(Zn/Mg比约1.0-1.4)。第一性原理计算与分子动力学模拟进一步揭示:与Mg₂Al₄Zn₃相比,MgZn₂相与腐蚀介质的吸附能更弱、电子局域化程度更高(表现出共价键特征)、费米能级处态密度值更低。因此,腐蚀介质倾向于优先吸附在Al相上而非MgZn₂相上,从而从源头上抑制了晶间腐蚀的萌生。本研究为超强耐腐蚀Al-Zn-Mg-Cu合金的成分设计与热处理工艺优化提供了新策略。

 



原文共有图5,本文图片选自原文中图1、2、3、4、5。



图1:展示了三种合金在不同腐蚀溶液中的腐蚀形貌。在NaCl溶液中,三种合金仅发生点蚀;在NaCl+H₂O₂溶液中,高Zn合金(A和B)未发生晶间腐蚀,而低Zn合金(C)发生严重晶间腐蚀,最大深度达148 μm。

图2:展示了三种合金在不同腐蚀溶液中的循环极化曲线、Nyquist图和Bode图。电化学测试结果表明,高Zn合金(A和B)具有更低的腐蚀电流密度和更高的极化电阻,其耐晶间腐蚀性能显著优于低Zn合金(C)。

图3:展示了三种合金晶界析出相的HAADF-STEM图像及EDS面分布与线扫描分析。高Zn合金(A和B)的晶界析出相呈分散分布,Zn/Mg比约为1.7-1.9,对应于MgZn₂相;低Zn合金(C)的晶界析出相呈连续分布,Zn/Mg比约为1.0-1.4,对应于Mg₂Al₄Zn₃相。

图4:展示了A合金和C合金中晶界析出相的高分辨TEM图像及对应的FFT花样。A合金中晶界析出相的衍射斑点标定为MgZn₂相(mp-1124),C合金中晶界析出相的衍射斑点标定为Mg₂Al₄Zn₃相(mp-1189454),确认了两者晶体结构的差异。

图5:展示了DFT和MD计算结果:功函数、固液体系吸附能模型、吸附能数值、2D ELF截面及总态密度图。MgZn₂相具有更弱的吸附能、更强的电子局域化(共价键特征)及更低的费米能级态密度,表明其耐腐蚀性优于Mg₂Al₄Zn₃相。

 

本文发现高Zn含量(8.8 wt.%)的Al-Zn-Mg-Cu合金在5.7% NaCl+0.3% H₂O₂溶液中不发生晶间腐蚀,而低Zn含量(6.6 wt.%)的合金则发生严重晶间腐蚀(最大深度148 μm)。透射电镜分析表明,高Zn合金晶界析出相为分散分布的MgZn₂相(Zn/Mg比1.7-1.9),而低Zn合金晶界析出相为连续分布的Mg₂Al₄Zn₃相(Zn/Mg比1.0-1.4)。第一性原理计算与分子动力学模拟揭示:MgZn₂相比Mg₂Al₄Zn₃相具有更弱的腐蚀介质吸附能、更强的电子局域化(共价键特征)以及更低的费米能级处态密度值。因此,在MgZn₂与Al组成的体系中,腐蚀介质优先吸附在Al相表面;而在Mg₂Al₄Zn₃与Al组成的体系中,腐蚀介质均匀分布在两相表面,导致晶界析出相优先腐蚀并引发晶间裂纹扩展。Fe含量(0.01-0.14 wt.%)对晶间腐蚀行为无显著影响。本研究为开发兼具超高强度与优异抗晶间腐蚀性能的Al-Zn-Mg-Cu合金提供了理论指导。

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