Коррозионное поведение и микроструктура Al

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12855 (2023) Цитировать эту статью

287 Доступов

Подробности о метриках

В настоящем исследовании изучено получение сплава Al–10%Zn методом литья. Nano CuO получали методом соосаждения. Изучено влияние добавления наноструктуры (1 мас.% CuO) в сплав Al–10Zn, коррозионные эффекты в литом состоянии и при различных температурах старения (423, 443 и 463 К) в течение 2 ч в 3,5% водном растворе NaCl после гомогенизации. в течение 2 ч при 500 К при комнатной температуре. Электрохимические измерения (OCP, Tafel и EIS) были выполнены для определения скорости коррозии (CR) и плотности тока коррозии (Icorr.), чтобы выяснить поведение коррозии. Кроме того, микроструктуры Al-10Zn и Al-10Zn-1CuO наблюдались с использованием сканирующего электронного микроскопа, EDX-картирования и оптического микроскопа для исследования эффекта добавления наночастиц до и после старения и испытания на коррозию. Средний размер кристаллов и плотность дислокаций рассчитывали по рентгенограмме. Результаты показывают, что соответствующее добавление наночастиц CuO может улучшить сплав Al-10Zn и сдвинуть сплав Al-10Zn в более благородное направление.

Алюминий (Al) и его сплавы в последнее время широко используются в современном машиностроении благодаря своей высокой прочности и легкому весу1,2. Более того, их твердость, низкий износ и химическая стойкость ограничивают их использование в различных автомобильных, строительных и аэрокосмических применениях3,4,5,6. Чистый алюминий имеет слабые механические характеристики в машиностроении, тогда как легирование и термообработка могут улучшить их. Подходящие алюминиевые сплавы должны выбираться для требуемых применений с учетом их удельной жесткости, теплопроводности, низкой плотности, прочности, формуемости, свариваемости, обрабатываемости, пластичности, износа и коррозионной стойкости7.

Литые сплавы на основе матриц на основе алюминия и цинка (Zn) находят все больше и больше применений, и их производство растет во всем мире8.

Основная цель концентрации внимания на сплавах Al-Zn заключается в том, что добавление Zn вызывает добавленную стоимость, улучшает однородность матрицы и улучшает свойства сплавов Al9. Zn имеет высокую растворимость в матрице Al; добавление Zn вызывает небольшое искажение решетки, которое практически не влияет на формуемость сплава10. Сплавы Al–Zn обладают высокой прочностью, пластичностью, термообработкой, отличной обрабатываемостью/формовкой в ​​горячем состоянии и хорошими сварочными свойствами11,12. Значительное влияние на их микроструктуру оказывают также сплавы Al–Zn, представляющие собой мелкозернистый промышленный сплав, используемый для создания высокопрочных коррозионностойких (поверочных) конструкций самолетов, кораблей и транспортных средств13. Следовательно, необходимо постоянно поддерживать алюминиевую матрицу подходящей керамикой, армированной наночастицами, такой как CuO, TiO2, SiC, SiO2, B4C и Al2O3 14,15. Они считаются лучшим вариантом для Al в качестве основного металла, поскольку придают высокую прочность и устойчивость к износу и коррозии16. Керамические частицы играют роль в повышении механической прочности, выступая в качестве места зарождения затвердевания, позволяя сделать размер зерна более мелким. Функция легирующих элементов заключается в образовании твердого раствора сплава Al, что приводит к измельчению зерна. В то же время роль легирующих элементов заключается в создании твердого раствора сплава Al, который вызывает измельчение зерна. Существуют различные способы изготовления нанокомпозитов из алюминиевых сплавов, например, литье с перемешиванием, которое в основном работает при производстве композитов, поскольку дает композиты с равномерным распределением армирования6,17,18,19.

CuO является одним из лучших вариантов нанокомпозита с алюминиевой матрицей, поскольку он имеет множество преимуществ; Добавление CuO в алюминиевый матричный материал улучшает коррозионную стойкость, стабильность, жесткость конструкционных применений, особенно в аэрокосмической и автомобильной технике, а также термические свойства20. CuO был выбран в этом исследовании по разным причинам, в том числе; В промышленных масштабах частицы CuO использовались для создания композитов на основе Al из-за их превосходных механических и физических свойств21. Недорогой, широко доступный. CuO привлек большое внимание исследователей из-за его широкого применения в электрооборудовании, включая солнечные элементы, высокогидрофобные поверхности и датчики обнаружения газа22. Добавление Cu снижает температуру плавления и может вызвать образование фазы Al2Cu, которая увеличивает прочность Al-матрицы на разрыв21. Нанооксид меди эффективно снижает трение и предотвращает износ деталей машин благодаря своей твердости23. Фазы Al и CuO имеют разную структуру и напряжения, что делает выгодным добавление наночастиц CuO в матрицу Al. В месте встречи матрицы Al и армирующих частиц CuO возникает дислокация. Прочность матрицы Al, которая связана со статическими дислокациями, образующимися в процессе наклепа (старения), увеличивается за счет увеличения площади поверхности создаваемых дислокаций и увеличения измельчения зерна, что повышает коррозионную стойкость24.