2024高强度铝合金中广泛存在的第二相粒子赋予其高比强度的同时,也使其易于遭受局部腐蚀。研究表明点蚀总是优先在S相(Al2CuMg)处发生,S相作为优先发生点蚀的位置而受到了广泛的关注。在以往的研究中,普遍通过“第二相相对基体电极电位的高低” 来解释S相电化学活性相对较高的原因。但人们发现S相作为点蚀形核位置,S相粒子之间及其内部不同位置的腐蚀溶解活性存在巨大差异。第二相相粒子之间及其内部的显微结构及化学组成的差异,是造成这种活性差异的可能原因。然而由于以往研究手段的空间分辨率低及无法同时捕捉显微结构和成分信息等方面的限制,尚没有建立二者之间的内在联系,从而制约了对铝合金点蚀形核机理的深入理解。
我们利用高空间分辨分析电子显微技术结合原位外环境TEM方法,揭示了铝合金点蚀形核初期形核位置活性差异的结构因素。发现S相中弥散分布的十次准晶近似相是造成S相高溶解活性的本质原因;该准晶近似相先于S相发生溶解,对点蚀形核有着重要的影响,而在过去几十年的研究中,该近似相的电化学作用一直为人们所忽视。此外还发现纳米尺度的准晶近似相中的孪晶形态并不相同,这导致了准晶近似相表现为不同的溶解活性。本工作从结构角度对点蚀形核这一基本科学问题做出了深入理解,在纳米尺度下建立了腐蚀活性与结构的内在联系,为材料的点蚀研究探索出一种先进的研究方法,为透射电子显微学与腐蚀问题的交叉研究提供一种模式参考。(Acta Materialia 82 (2015) 22-31)
该项工作的全文链接
TEM原位(外环境)观察S相的局域溶解。S相腐蚀前(a)后(b)的HAADF 像表明,S相中弥散分布着纳米尺度的Al20Cu2Mn3 准晶近似相,S相的局域溶解发生在这些弥散相处。(c) 准晶近似相Al20Cu2Mn3 的HRTEM像。(d)准晶近似相Al20Cu2Mn3 的溶解活性存在差异,其中的孪晶形态是导致这种差异的原因。(e)没有发生溶解的Al20Cu2Mn3 中只有少量的简单孪晶存在。(f)发生优先溶解的Al20Cu2Mn3 中存在复杂的多重孪晶,且溶解起始于多重孪晶的交汇位置附近。