简介
“开发兼具高强度与优异耐腐蚀性的增材制造（AMed）铝合金，是海洋与航空航天领域轻量化结构应用的核心目标。然而，大多数增材制造铝合金存在粗大柱状晶粒和相分布不均的问题，这加剧了电偶效应并严重损害其耐腐蚀性。上海交通大学和上海船舶动力创新中心的研究通过晶粒细化和固溶热处理工艺对增材制造TiB2/AlCuMg复合材料进行改性，结果表明，细小晶粒的均匀分布不仅增强了晶界强化效应提高机械强度，还可以提高钝化膜的稳定性以提升耐腐蚀性能。值得注意的是，单纯固溶热处理不仅能为铝基体提供显著的固溶强化作用，还能同时改善初生相和溶质铜分布从而有效降低阴极相团聚造成的局部腐蚀。”
上海交通大学和上海船舶动力创新中心在增材制造铝合金腐蚀性能和力学性能协同提升方向取得研究进展，研究成果以《Synergistic enhancement of corrosion resistance and mechanical properties in L-PBFed TiB2/AlCuMg composite via solution heat treatment》为题发表在腐蚀类顶级期刊《Corrosion Science》上。上海船舶动力创新中心孙腾腾博士和上海交通大学博士生母杰瑞是共同第一作者，王洪泽副教授和吴一副教授为共同通讯作者，联合作者还包括博士生陆强、唐梓珏助理研究员、孙华助理研究员、汪明亮副研究员、王浩伟讲席教授，该研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、上海市扬帆计划等多个项目的支持，为增材制造优异耐腐蚀性能材料设计和热处理提供新思路。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.112970
研究亮点
（1）均匀分布的原位TiB2纳米颗粒通过增强钝化膜的稳定性来降低局部腐蚀。
（2）时效过程中析出的S相作为阴极加剧电偶腐蚀。
（3）固溶热处理和晶粒细化效果使增材制造的AlCuMg合金的腐蚀电流密度降低了76.7%。
（4）由于奥罗万强化和固溶强化作用，增材制造的TiB₂/Al-Cu-Mg（激光粉末床熔化成形）复合材料强塑积达4619MPa·%（相比于AlCuMg合金提高了85倍）
背景
为契合国际海事组织（IMO）关于减少国际航运业温室气体排放的初步战略以及“碳达峰、碳中和”倡议，下一代船用发动机必须将轻量化结构、高可靠性和环境可持续性放在首位。2xxx系AlCuMg合金因其优异的性能，一直被广泛视为制造船用发动机、飞机机身和机翼结构的理想材料。为满足对定制化复杂部件和快速集成制造日益增长的需求，研究人员正探索使用增材制造（AM）技术来打印这些合金的可行性。然而，高度合金化和较宽的凝固温度范围给提升这种材料的整体性能带来了重大挑战。更重要的是，设计出与先进制造技术相适配的合金，使其机械强度和耐腐蚀性达到或超过传统制造方法所实现的水平，仍是增材制造部件广泛应用的基础。
作者之前的研究结果表明，原位TiB₂纳米颗粒修饰的增材制造AlCuMg合金具有细化的晶粒尺寸，呈现出强度与延展性的协同提升特性，可与锻造的高强度2024铝合金相媲美。然而，纳米颗粒的引入并不一定能提高这类金属的耐腐蚀性，这是因为电化学性能通常由微观结构的均匀性和第二相颗粒共同决定。基于先前的研究，原位盐-金属反应与气体雾化相结合来制备TiB₂/AlCuMg打印粉末，对于实现TiB₂纳米颗粒在铝基体中的均匀分布至关重要。这种增强的微观结构均匀性显著提高了非铸造铝合金的可打印性和机械性能。在TiB₂/AlCuMg的腐蚀防护方面，实现更均匀的微观结构以最小化腐蚀敏感区域主要依赖于两种方法：热处理和增加纳米颗粒含量。首先，热处理有助于使金属内部的微观结构更加均匀，从而减少易腐蚀区域的形成。在增材制造金属中，特别是那些具有细化微观结构的金属，热处理对晶粒形态、尺寸和织构的影响极小。因此，耐腐蚀性的差异主要由析出相的形态、尺寸和分布决定，而这些因素又会影响离子扩散路径和扩散阻抗。在传统制造的7055合金中，引入微量（0.5%重量比）的TiB₂纳米颗粒已被证明有助于形成厚而致密的钝化膜（从4.05纳米扩展到5.95纳米），且该钝化膜与金属基体有很强的附着力。增加的晶界密度有效地降低了氢和氯离子的局部浓度，从而增强了钝化能力和抗点蚀能力。此外，通过非原位方法引入增材制造金属中的TiB₂纳米颗粒往往具有较大的颗粒尺寸且分散不均匀。这种大尺寸阴极相的存在会阻碍在金属表面形成致密的钝化膜，从而加剧基体的局部腐蚀。
在本研究中，作者结合了固溶处理和时效处理，以控制通过激光粉末床熔融（L-PBF）制造的TiB₂/AlCuMg中的相分布。为了评估固溶处理态TiB₂/AlCuMg复合材料（TiB₂/AlCuMg（SL））和时效态TiB₂/AlCuMg复合材料（TiB₂/AlCuMg（SA））的耐腐蚀性和机械性能，我们进行了浸泡试验（168小时）、电化学腐蚀测试和拉伸力学性能试验。这项工作重点关注热处理前后微观结构演变的影响，探索同时提高耐腐蚀性和强度的机制。
图文
