东南大学孙文文团队《JMST》：调控2024铝合金析出相分布提高强度和耐蚀性

第一作者：张勇

通讯作者：孙文文、贾志宏

通讯单位：东南大学、南京工业大学

DOI: 10.1016/j.jmst.2023.12.055

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本文研究了室温下循环塑性变形对2024铝合金强塑性和腐蚀性能的影响，并将该新型的加工工艺与时效热处理相结合，系统研究了不同升温速率对微观结构、力学性能和腐蚀性能的影响。结果表明，该新型加工工艺的使用，成功打破了2024铝合金强度-腐蚀抗性的倒置关系。

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研究背景

铝合金由于其低密度、高的比强度和较好的抗腐蚀性能，在包括汽车、船舶等运输行业有着非常重要的应用。随着铝合金的发展，研究者们希望通过在不改变合金成分的基础上，仅通过调整微观结构的方式实现合金的理想性能。这种可持续铝合金的设计理念对后续材料的循环回收利用有着非常重要的深远意义。本文针对目前2024铝合金强度-腐蚀抗性的倒置关系，希望能寻求一种新型加工工艺，通过调整合金的微观结构进而解决该难题。

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本文亮点

对于传统时效热处理而言，峰时效2024铝合金具有较高的强度但较差的腐蚀抗性，表现出强度-腐蚀性能的倒置关系。本文针对这一难题，首先对2024铝合金进行室温下循环塑性变形处理，该新型加工工艺不仅在基体中引入了高密度的纳米溶质团簇，并且未在晶界附近发现无沉淀析出区和晶界析出相，因此合金表现出优异的强塑性和抗腐蚀性能的匹配。之后，通过将循环强化与时效热处理相结合，溶质团簇发挥了异质形核点的作用进而有助于调控微观结构，不仅在基体内获得了小且高密度的析出相，也抑制了晶界附近无沉淀析出区和晶界析出相的形成。结果表明，该新型热加工工艺在大幅度提高了2024合金的强度的同时，也提高了其腐蚀抗性，成功解决了2024铝合金强度-腐蚀抗性倒置的难题。

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图文解析

图1 不同处理方式的2024铝合金的硬度曲线。

图2 不同处理方式的2024铝合金的应力应变曲线与强度对比。

图3 0.1M NaCl溶液浸泡3h后样品的腐蚀表面形貌。

图4 0.1M NaCl溶液浸泡12h后样品的腐蚀表面形貌。

图5 晶间腐蚀测试后样品横截面的晶间腐蚀深度

图6 不同处理后2024铝合金的极化曲线及腐蚀电位和腐蚀电流密度的对比。

图7 （a, b）WQ-PA和（c, d）WQ-CS的基体的TEM明场相。

图8 （a-c）WQ-CS + 慢速升温 和（d-f）WQ-CS + 直接时效的基体的TEM明场相，（g）WQ-CS + 直接时效的析出相的HAADF-STEM图像和成分分析。

图9 （a）WQ-PA ，（b-c）WQ-CS，（d）WQ-CS + 慢速升温，（e）WQ-CS + 直接时效的晶界的TEM明场相，（f）相邻晶界析出相之间的间距。

图10 （a，b）WQ-PA ，（c，d）WQ-CS + 慢速升温，（e，f）WQ-CS + 直接时效的HAADF-STEM图像和晶界析出相的成分分析。

图11 （a）WQ-PA和（b）WQ-CS + 时效处理的微观结构演变的示意图。

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总结与展望

本文系统研究了室温循环塑性变形对2024铝合金的影响，并将其与时效热处理相结合，系统研究了不同升温速率对微观结构、力学性能和腐蚀性能的影响。利用OM、SEM、EBSD和（S）TEM等表征技术详细分析了微观结构的演变情况，并深入分析了其强化机理和腐蚀机理。最后，本研究提出的这种新型加工工艺实现了2024铝合金强度和腐蚀抗性的同步提升，极具拓展其在汽车、船舶等领域应用的实际和潜在价值。

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课题组介绍

孙文文（通讯作者）：东南大学材料科学与工程学院教授、博士生导师、院长助理，国家级青年人才，东南大学青年首席教授，江苏省“双创人才”。目前担任了包括《Journal of Materials Science and Technology》《中国有色金属学报（中英文版）》《Materials Research Letters》《中国材料进展》《特种铸造》在内的多个金属材料领域知名期刊的青年编委。主持了国家自然科学基金青年项目、国家自然科学基金面上项目等。主要研究方向：铝合金室温动态循环强化的研究；中锰先进高强度钢的强韧化研究；高熵合金的合金设计、强韧化和耐磨研究等。近年，在包括Science、Acta Materialia、Scripta Materialia、Corrosion Science 和Journal of Materials Science & Technology 在内的知名学术期刊上发表了 40余篇论文。

课题组长期招聘金属材料方向博士后、讲师及副教授，欢迎加盟团队开展合作。

网站链接：

https://smse.seu.edu.cn/2019/1224/c2590a303688/pagem.psp

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引用本文

Yong Zhang, Lantian Zhang, Xiang Gao, Xulong An, Le Zong, Zhihong Jia, Hao Zhou, Yudong Sui, Wenwen Sun, Tailoring precipitate distribution in 2024 aluminum alloy for improving strength and corrosion resistance, J. Mater. Sci. Technol. (2024).

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.12.055

来源：JMST。