鎂合金是最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料，在航空航天和汽車工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。但鎂合金的高宏觀腐蝕速率和嚴(yán)重的非均勻腐蝕限制了其應(yīng)用。鎂合金的腐蝕不僅發(fā)生在表面，還會(huì)隨時(shí)間三維演化，而現(xiàn)有研究主要關(guān)注其對(duì)二維靜態(tài)表面腐蝕的影響，忽略了腐蝕行為從表面到內(nèi)部的演化，因此直接非破壞性地獲取三維晶體取向和腐蝕形貌至關(guān)重要。

近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)李洋教授和徐超教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中科院合肥物質(zhì)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心等單位研究了晶體取向?qū)g-0.6Al-0.2Ca-0.3Mn（AXM）合金在3.5wt.% NaCl溶液中腐蝕行為的影響，揭示了晶體取向在控制局部腐蝕行為中的關(guān)鍵作用，為通過調(diào)控晶體取向分布提升鎂合金耐腐蝕性提供了理論依據(jù)，這項(xiàng)研究結(jié)果以“How crystallographic orientation affects aqueous corrosion of dilute Mg-alloys”被發(fā)表在國(guó)際期刊《Corrosion Science》上。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113151

【核心內(nèi)容】

這項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)AXM合金中沿基面取向的晶粒更容易出現(xiàn)局部腐蝕，合金在3.5wt.% NaCl溶液中剛開始在表面擴(kuò)展腐蝕，而且會(huì)先朝著相鄰的近基面取向晶粒蔓延。隨著浸泡時(shí)間的增加，合金中基面取向晶粒的表面會(huì)形成疏松多孔的腐蝕產(chǎn)物膜，這會(huì)讓鎂合金的腐蝕不僅往深處發(fā)展，還會(huì)向周圍相同取向的晶粒擴(kuò)散，闡明了晶體取向在調(diào)控鎂合金局部腐蝕行為中起到了關(guān)鍵的作用，為后續(xù)通過優(yōu)化晶體取向分布來增強(qiáng)AXM鎂合金的耐腐蝕性提供了重要的理論支撐。

【研究方法】

作者在該實(shí)驗(yàn)中使用SEM、EBSD和TEM技術(shù)觀察了AXM合金的微觀結(jié)構(gòu)，并通過在3.5wt.% NaCl溶液中對(duì)樣品開展浸泡試驗(yàn)和電化學(xué)測(cè)試來評(píng)估AXM合金的腐蝕性能。結(jié)合原位光學(xué)顯微鏡和FIB-TEM技術(shù)觀察腐蝕形貌，利用Lab-DCT和準(zhǔn)原位CT進(jìn)行3D腐蝕觀測(cè)，并通過AFM（KPFM模式）分析晶粒表面的電位差。

【研究成果】

① 確定腐蝕行為與晶體取向的關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn)，AXM 合金的腐蝕情況和晶體取向關(guān)系很大。那些沿基面排列的晶體平面，在第二相粒子與非基面取向平面形成的電偶作用下，更容易出現(xiàn)局部腐蝕，而且這種腐蝕還會(huì)朝著附近同樣是基面取向的平面蔓延開來。

AXM合金腐蝕擴(kuò)展的表面觀察

腐蝕監(jiān)測(cè)過程中的OM圖像

② 不同階段的腐蝕特點(diǎn)

樣品的早期腐蝕主要在其表面進(jìn)行，基面取向晶粒的腐蝕比例更大且腐蝕深度更深，會(huì)形成多孔的腐蝕產(chǎn)物。在經(jīng)過長(zhǎng)期浸泡后，由于絲狀腐蝕形成疏松多孔腐蝕產(chǎn)物膜，腐蝕會(huì)在基面取向晶粒的深度方向傳播并向周圍具有相似取向的晶粒橫向擴(kuò)展。

相鄰晶粒的表面電位分析

AXM在3.5wt.% NaCl溶液中的腐蝕演變示意圖

③ 腐蝕程度與晶體取向關(guān)聯(lián)

長(zhǎng)期浸泡后基面取向晶粒的腐蝕體積分?jǐn)?shù)明顯更高且發(fā)生嚴(yán)重局部深度腐蝕的晶粒主要為該取向。當(dāng)基面取向晶粒內(nèi)的三維腐蝕傳播路徑與非基面取向晶粒的晶界相交時(shí)，腐蝕會(huì)在一定程度上延伸到非基面取向晶粒的深度方向。

G4/G10界面的腐蝕形態(tài)和產(chǎn)物分析

三維表面腐蝕形貌隨浸泡時(shí)間的演變

腐蝕形態(tài)隨時(shí)間變化的深度方向切片

【總結(jié)與展望】

這項(xiàng)研究明確了晶體取向在調(diào)控局部腐蝕中的核心作用，為通過優(yōu)化晶體取向分布或調(diào)整（0001）晶面間距來提升鎂合金耐腐蝕性提供了直接理論依據(jù)，可通過優(yōu)化晶體取向分布，或修改（0001）平面的晶面間距來減輕腐蝕沿（0001）晶面的優(yōu)先傳播。未來研究可進(jìn)一步研究不同鎂合金體系，探索晶體取向與合金元素及加工工藝的協(xié)同調(diào)控機(jī)制，推動(dòng)該理論在實(shí)際工程中的應(yīng)用。