赵庆龙
利用纳米TiC颗粒同时提高6系变形铝合金的力学强度和耐蚀性
2020-5-23 08:34
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标签:铝合金, 强韧性, 腐蚀, 纳米颗粒

变形铝合金应用广泛,不同应用场景要求的服役性能不同。应用在交通运输、海洋工程等领域的铝合金,如5系和6系铝合金,不仅要求强韧性,其耐蚀性也十分重要。以往强韧化研究很少关注强韧化方法对耐蚀性的影响,常常导致耐蚀性下降。而我们的研究目标是同时提高强韧性和耐蚀性。

我们以6061变形铝合金为研究对象,熔炼过程中加入少量原位内生TiC纳米颗粒中间合金,铸锭经均匀化热处理后冷轧70%,再固溶时效(T6)热处理。添加纳米TiC能细化晶粒,T6态的晶粒尺寸减小50%以上。室温拉伸试验显示少量纳米TiC即能提高铝合金的屈服和抗拉强度,并保持延伸率基本不变,如表1所示。

表1. 添加少量纳米TiC颗粒与无添加的6061合金T6处理后的室温拉伸性能。


抗拉强度,MPa

断裂应变,%

6061

288

18.6

+纳米TiC

315

18.4

        纳米TiC对变形铝合金腐蚀性能的影响是我们的研究重点,为了比较,我们制备了添加相同含量TiB2纳米颗粒的6061合金。加速腐蚀试验(HCl+NaCl溶液浸泡24小时)显示,与基体合金相比,加入TiC纳米颗粒后晶间腐蚀明显减轻,最大腐蚀深度较小。而加入TiB2纳米颗粒则显著加剧了晶间腐蚀,大幅增加了最大腐蚀深度,如图1所示。电极化曲线也表明纳米TiC提高耐蚀性,而TiB2降低耐蚀性。添加纳米TiC使6061铝合金的腐蚀电流密度由8.26下降到2.6μA/cm2纳米颗粒对耐蚀性的影响主要是由于晶界腐蚀速率不同导致了耐蚀性的变化。通过微观组织观察和XPS表征,我们提出了不同纳米颗粒对铝合金板材腐蚀行为的影响原因TiC纳米颗粒细化晶粒主要分布在晶粒内部,减少了晶界第二相数量,降低了晶间腐蚀速率,因而提高耐蚀性。而TiB2纳米颗粒虽然同样细化晶粒,但主要分布在晶界,极大地提高了晶间腐蚀速率,从而导致耐蚀性下降。

腐蚀深度.JPG

图1. 加速腐蚀试验后的试样截面显示腐蚀深度:(a)6061,(b)添加纳米TiC,(c)添加TiB2

6061晶粒.JPG

图2. 三种合金的晶粒组织和晶界第二相照片。(a)6061,(b)添加纳米TiC,(c)添加TiB2

铝合金常用孕育剂细化晶粒,常用孕育剂如Al-Ti-B(有效成分是Al3Ti和TiB2颗粒),Al-Ti-C(有效成分是Al3Ti和TiC颗粒)。我们的研究表明选用孕育剂时需要考虑其中颗粒对铝合金性能的影响。对于6系铝合金轧制,纳米TiC在细化晶粒的同时减缓晶间腐蚀,提高耐蚀性;而TiB2加剧晶间腐蚀,降低耐蚀性。材料科学与工程微信公众号也报道了我们的结果(链接)。

相关论文:

1.      Geng R, Qiu F, Zhao Q-L, Gao Y-Y, Jiang Q-C. Effects of nanosized TiCp on the microstructure evolution and tensile properties of an Al-Mg-Si alloy during cold rolling. Mater Sci Eng A. 2019;743:98–105. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.11.078

2.      Geng R, Jia S-Q, Qiu F, Zhao Q-L, Jiang Q-C. Effects of nanosized TiC and TiB2 particles on the corrosion behavior of Al-Mg-Si alloy. Corros Sci. 2020;167:108479.  https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108479

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