《Mater Charac》：表面納米化加速鋁合金中FIB誘導(dǎo)新相的析出

以噴丸、表面滾壓為代表的表面納米化技術(shù)可以顯著提升金屬材料的使役性能。例如，高強(qiáng)鋁合金（包括2系和7系）可以達(dá)到某些鋼材的強(qiáng)度，且材料密度只有鋼材的1/3，但其耐蝕性、特別是耐晶間腐蝕能力的不足是其性能的關(guān)鍵短板。研究表明，表面納米化技術(shù)通過(guò)徹底消除晶間腐蝕通道，即消除晶界析出相以及無(wú)沉淀析出帶，能夠顯著抑制高強(qiáng)鋁合金的晶間腐蝕，優(yōu)化參數(shù)下甚至可以實(shí)現(xiàn)對(duì)晶間腐蝕的完全抑制。（Surfaces and Interfaces 87 (2026) 108932；Corrosion Science 257 (2025) 113364；Journal of Alloys and Compounds 1010 (2025) 177651；Materials Today Communications 42 (2025) 111611；Corrosion Science 195 (2022) 110021；Corrosion Science 130 (2018) 218-230）

獲取表面納米化前后鋁合金的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)而關(guān)聯(lián)性能變化，是該領(lǐng)域的重要研究課題。透射電子顯微鏡TEM是研究材料微結(jié)構(gòu)的重要手段，但樣品制備方式會(huì)顯著影響表征結(jié)果。當(dāng)前常用制樣方法包括電解雙噴、離子減薄和聚焦離子束（FIB），其中FIB擁有定點(diǎn)取樣的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，將逐漸成為主流。但是，大量研究也有報(bào)道FIB、特別是常溫Ga+ FIB在制樣過(guò)程中會(huì)帶來(lái)離子損傷，引入“人工缺陷”。

近日，中山大學(xué)孫擎擎等人通過(guò)超聲噴丸處理自然時(shí)效態(tài)2024高強(qiáng)鋁合金，并利用電解雙噴與Ga+FIB兩種方法分別制備了粗晶和表面納米晶的TEM薄區(qū)。發(fā)現(xiàn)對(duì)于粗晶樣品，兩種方法獲取的組織表征結(jié)果一致；在納米晶樣品中，F(xiàn)IB會(huì)誘導(dǎo)大量Al2Cu析出相形成，而電解雙噴樣品中并未觀察到Al2Cu析出相。這些FIB誘導(dǎo)析出的Al2Cu并非2024鋁合金表面納米化后的本征結(jié)構(gòu)，若不加分辨地采信將會(huì)帶來(lái)對(duì)微結(jié)構(gòu)的誤判。相關(guān)結(jié)果以Effect of surface nanocrystallization on Ga+ FIB-induced precipitation in 2024 Al alloy為題發(fā)表于材料表征權(quán)威期刊《Materials Characterization》。

圖1 研究結(jié)論示意圖

圖2（a-b）2024鋁合金粗晶的SEM-ECCI圖像及晶粒尺寸分布，（c-d）2024鋁合金表面納米晶的STEM-HAADF圖像及晶粒尺寸分布

圖3 采用電解雙噴方法制備的AA2024薄膜的STEM-HAADF圖像及對(duì)應(yīng)的EDS元素分布結(jié)果：（a）粗晶樣品，（b）表面納米晶樣品

圖4（a-b）采用Ga+ FIB方法制備的AA2024粗晶薄膜的STEM-HAADF圖像及對(duì)應(yīng)的EDS元素分布結(jié)果，（c-d）對(duì)應(yīng)于（b）中紅色箭頭位置的EDS線掃描結(jié)果

圖5（a-b）采用Ga+FIB方法制備的AA2024納米晶薄膜的STEM-HAADF圖像及對(duì)應(yīng)的EDS元素分布結(jié)果，（c-d）對(duì)應(yīng)于（b）中紅色箭頭位置的EDS線掃描結(jié)果

圖6 采用Ga+FIB方法制備的AA2024納米晶薄膜中析出相的表征結(jié)果：（a）TEM明場(chǎng)圖像，（b）HRTEM圖像

本文來(lái)自“材料科學(xué)與工程”公眾號(hào)，感謝論文作者團(tuán)隊(duì)支持。

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