应用慢正电子束研究纯铝和铝合金腐蚀相关的缺陷及铜富集

本项目采用慢正电子束可变能量正电子寿命谱, 多普勒展宽和符合多普勒展宽技术，配合AFM、TEM、EDX等方法，深入、系统研究纯铝及铝合金腐蚀相关缺陷及铜富集行为。主要研究内容为：（1）纯铝和铝合金表面钝化膜或氧化膜的结构，以及氧化膜/基体界面缺陷分析；（2）研究碱性溶液中杂质（包括铜）含量对纯铝腐蚀引起界面缺陷的形成和铜含量对Al-Cu合金腐蚀引起表面界面铜富集的影响；（3）比较纯铝和Al-Cu合金在不同pH值NaCl 溶液中腐蚀引起早期阶段微结构和缺陷的异同, 研究Al-Cu合金中铜的添加和沉淀相的析出对界面缺陷形成的影响；（4）探讨新一代高强铝合金（如AA2024,AA2524）在NaOH,NaCl和水溶液中腐蚀铜从氧化膜/基体界面富集的微观机理。本项目研究有助于在原子尺度了解铝合金腐蚀过程的微观机理，对于铝合金腐蚀的防止与控制具有重要的实际意义。

金属和合金的腐蚀是材料使用中失效及至发生灾难性断裂事故的重要原因之一,多年来一直是国内外研究者重点关注的问题。人们目前主要关注含水溶液的腐蚀，金属的氧化，表面电化学及固相转变过程等，但很少涉及缺陷对腐蚀过程的重要影响。本项目采用慢正电子束技术、SEM、AFM及电化学实验等研究纯铝和新型连铸轧铝合金（AA2037）腐蚀相关的缺陷及其对腐蚀性能的影响。纯铝和铝合金对比研究表明：原始未腐蚀样品，表面氧化层与铝合金体内之间都存在一界面缺陷层，导致S参数的增大。纯铝样品腐蚀引入了新的纳米尺度的空位团、空洞等缺陷导致缺陷层S参数明显上升，而铝合金样品随腐蚀时间增加界面层S参数下降，下降的原因可能是铝合金腐蚀过程中在氧化膜与基体界面间引起的铜富集。进一步，复合多普勒（CDB）商谱曲线结果显示时效前不同高温处理的AA2037铝合金样品中都含有铜和锰信号。退火时间越长锰信号越强，即有更多的高温析出相（T相）形成。低温时效后，除了高温处理带来的锰和铜信号外，显现出了镁的特征峰；T相越多的样品镁的信号越弱，这表明T相会抑制含镁的低温析出相的形成。最后，AA2037 T8铝合金腐蚀研究表明，T相的存在直接影响样品的腐蚀行为，T相越多，腐蚀速度越慢，亦即高温析出T相的引入有助于改善样品的腐蚀性能。在本项目支持下，取得一批有意义的结果，已在Metall. Mater. Trans. A, Corrosion Science, Applied Surface Science 等发表论文23 篇，获批发明专利1项。国内外学术合作与交流成效显著，小组成员多次参加国内外学术会议或赴国外从事合作研究。