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本文研究了室溫下循環(huán)塑性變形對(duì)2024鋁合金強(qiáng)塑性和腐蝕性能的影響，并將該新型的加工工藝與時(shí)效熱處理相結(jié)合，系統(tǒng)研究了不同升溫速率對(duì)微觀(guān)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和腐蝕性能的影響。結(jié)果表明，該新型加工工藝的使用，成功打破了2024鋁合金強(qiáng)度-腐蝕抗性的倒置關(guān)系。

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研究背景

鋁合金由于其低密度、高的比強(qiáng)度和較好的抗腐蝕性能，在包括汽車(chē)、船舶等運(yùn)輸行業(yè)有著非常重要的應(yīng)用。隨著鋁合金的發(fā)展，研究者們希望通過(guò)在不改變合金成分的基礎(chǔ)上，僅通過(guò)調(diào)整微觀(guān)結(jié)構(gòu)的方式實(shí)現(xiàn)合金的理想性能。這種可持續(xù)鋁合金的設(shè)計(jì)理念對(duì)后續(xù)材料的循環(huán)回收利用有著非常重要的深遠(yuǎn)意義。本文針對(duì)目前2024鋁合金強(qiáng)度-腐蝕抗性的倒置關(guān)系，希望能尋求一種新型加工工藝，通過(guò)調(diào)整合金的微觀(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)而解決該難題。

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本文亮點(diǎn)

對(duì)于傳統(tǒng)時(shí)效熱處理而言，峰時(shí)效2024鋁合金具有較高的強(qiáng)度但較差的腐蝕抗性，表現(xiàn)出強(qiáng)度-腐蝕性能的倒置關(guān)系。本文針對(duì)這一難題，首先對(duì)2024鋁合金進(jìn)行室溫下循環(huán)塑性變形處理，該新型加工工藝不僅在基體中引入了高密度的納米溶質(zhì)團(tuán)簇，并且未在晶界附近發(fā)現(xiàn)無(wú)沉淀析出區(qū)和晶界析出相，因此合金表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)塑性和抗腐蝕性能的匹配。之后，通過(guò)將循環(huán)強(qiáng)化與時(shí)效熱處理相結(jié)合，溶質(zhì)團(tuán)簇發(fā)揮了異質(zhì)形核點(diǎn)的作用進(jìn)而有助于調(diào)控微觀(guān)結(jié)構(gòu)，不僅在基體內(nèi)獲得了小且高密度的析出相，也抑制了晶界附近無(wú)沉淀析出區(qū)和晶界析出相的形成。結(jié)果表明，該新型熱加工工藝在大幅度提高了2024合金的強(qiáng)度的同時(shí)，也提高了其腐蝕抗性，成功解決了2024鋁合金強(qiáng)度-腐蝕抗性倒置的難題。

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圖文解析

圖1不同處理方式的2024鋁合金的硬度曲線(xiàn)。

圖2不同處理方式的2024鋁合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)與強(qiáng)度對(duì)比。

圖3 0.1M NaCl溶液浸泡3h后樣品的腐蝕表面形貌。

圖4 0.1M NaCl溶液浸泡12h后樣品的腐蝕表面形貌。

圖5晶間腐蝕測(cè)試后樣品橫截面的晶間腐蝕深度

圖6不同處理后2024鋁合金的極化曲線(xiàn)及腐蝕電位和腐蝕電流密度的對(duì)比。

圖7（a,b）WQ-PA和（c,d）WQ-CS的基體的TEM明場(chǎng)相。

圖8（a-c）WQ-CS+慢速升溫和（d-f）WQ-CS+直接時(shí)效的基體的TEM明場(chǎng)相，（g）WQ-CS+直接時(shí)效的析出相的HAADF-STEM圖像和成分分析。

圖9（a）WQ-PA，（b-c）WQ-CS，（d）WQ-CS+慢速升溫，（e）WQ-CS+直接時(shí)效的晶界的TEM明場(chǎng)相，（f）相鄰晶界析出相之間的間距。

圖10（a，b）WQ-PA，（c，d）WQ-CS+慢速升溫，（e，f）WQ-CS+直接時(shí)效的HAADF-STEM圖像和晶界析出相的成分分析。

圖11（a）WQ-PA和（b）WQ-CS+時(shí)效處理的微觀(guān)結(jié)構(gòu)演變的示意圖。

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總結(jié)與展望

本文系統(tǒng)研究了室溫循環(huán)塑性變形對(duì)2024鋁合金的影響，并將其與時(shí)效熱處理相結(jié)合，系統(tǒng)研究了不同升溫速率對(duì)微觀(guān)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和腐蝕性能的影響。利用OM、SEM、EBSD和（S）TEM等表征技術(shù)詳細(xì)分析了微觀(guān)結(jié)構(gòu)的演變情況，并深入分析了其強(qiáng)化機(jī)理和腐蝕機(jī)理。最后，本研究提出的這種新型加工工藝實(shí)現(xiàn)了2024鋁合金強(qiáng)度和腐蝕抗性的同步提升，極具拓展其在汽車(chē)、船舶等領(lǐng)域應(yīng)用的實(shí)際和潛在價(jià)值。

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課題組介紹

孫文文（通訊作者）：東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、院長(zhǎng)助理，國(guó)家級(jí)青年人才，東南大學(xué)青年首席教授，江蘇省“雙創(chuàng)人才”。目前擔(dān)任了包括《Journal of Materials Science and Technology》《中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)（中英文版）》《Materials Research Letters》《中國(guó)材料進(jìn)展》《特種鑄造》在內(nèi)的多個(gè)金屬材料領(lǐng)域知名期刊的青年編委。主持了國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等。主要研究方向：鋁合金室溫動(dòng)態(tài)循環(huán)強(qiáng)化的研究；中錳先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)韌化研究；高熵合金的合金設(shè)計(jì)、強(qiáng)韌化和耐磨研究等。近年，在包括Science、Acta Materialia、Scripta Materialia、Corrosion Science和Journal of Materials Science&Technology在內(nèi)的知名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表了40余篇論文。

課題組長(zhǎng)期招聘金屬材料方向博士后、講師及副教授，歡迎加盟團(tuán)隊(duì)開(kāi)展合作。

網(wǎng)站鏈接：

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