Alの腐食挙動と微細構造

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12855 (2023) この記事を引用

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本研究では、鋳造プロセスによる Al-10wt.%Zn 合金の調製を検討しています。 ナノ CuO は共沈法により調製されました。 Al-10Zn 合金にナノ構造（1wt.% CuO）を添加した場合の影響を、鋳造直後および均質化後の 3.5% NaCl 水溶液中で 2 時間、異なる時効温度（423、443、および 463 K）で腐食効果を研究しました。室温、500 Kで2時間。 電気化学測定 (OCP、ターフェル、EIS) を実行して、腐食速度 (CR) と腐食電流密度 (Icorr.) を測定し、腐食挙動を調べました。 さらに、走査型電子顕微鏡、EDXマッピング、光学顕微鏡を用いてAl-10ZnおよびAl-1​​0Zn-1CuOの微細構造を観察し、時効前後のナノ粒子添加の影響や腐食試験を調査した。 平均結晶サイズと転位密度はXRDパターンから計算した。 結果は、CuO ナノ粒子を適切に添加すると、Al-10Zn 合金を精製し、Al-10Zn 合金をより貴な方向にシフトできることを示しています。

アルミニウム (Al) とその合金は、その高い強度と軽量さにより、最近、現代の工学用途で広く使用されています1,2。 さらに、その硬度、低摩耗性、耐薬品性に​​より、さまざまな自動車、建設、航空宇宙用途での使用が制限されます3、4、5、6。 純アルミニウムは工学用途では弱い機械的特性を持っていますが、合金化と熱処理により機械的特性を改善できます。 比剛性、熱伝導率、低密度、強度、成形性、溶接性、加工性、延性、摩耗性、耐食性を考慮して、必要な用途に適切な Al 合金を選択する必要があります7。

Al および亜鉛 (Zn) ベースの母材から作られた鋳造合金の用途はますます増えており、その生産は世界的に増加しています8。

Al-Zn 合金に焦点を当てる主な目的は、Zn を添加すると付加価値が生じ、マトリックスの均質性が向上し、Al 合金の特性が向上することです9。 Zn は Al マトリックス中での溶解度が高いです。 Zn を添加すると格子歪みが小さくなり、合金の成形性にほとんど影響を与えません10。 Al-Zn 合金は、高い強度、延性、熱処理性、優れた熱間加工性/成形性、良好な溶接特性を備えています 11,12。 Al-Zn 合金は、航空機、船舶、車両建造物用の高強度耐食 (検証) 構造を作成するために使用される微粒子工業用合金であるため、微細構造にも大きな影響を与えます 13。 したがって、CuO、TiO2、SiC、SiO2、B4C、Al2O3 などの適切なセラミックナノ粒子強化セラミックで Al マトリックスを常にサポートする必要があります 14、15。 これらは高い強度と耐摩耗性、耐腐食性を与えるため、マトリックス母材として Al に最適な選択肢と考えられています16。 セラミック粒子は凝固の核生成サイトとして機能し、粒子サイズをより細かくすることができ、機械的強度を高める役割を果たします。 合金元素の機能は、Al 合金の固溶体を形成することであり、これにより結晶粒径が微細化されます。 同時に、合金元素の役割は、結晶粒径の微細化を引き起こす Al 合金の固溶体を生成することです。 Al 合金のナノ複合材料を製造するには、撹拌鋳造などのさまざまな方法があります。これは、均一な強化分布を持つ複合材料を生成するため、主に複合材料の製造に使用されます 6、17、18、19。

CuO は多くの利点があるため、Al マトリックス ナノ複合材料に最適な選択肢の 1 つです。 Al マトリックス材料に CuO を添加すると、耐食性、安定性、特に航空宇宙および自動車工学向けの構造用途、および熱特性が向上します20。 この研究では、次のようなさまざまな理由で CuO が選択されました。 商業的には、CuO 粒子はその優れた機械的および物理的特性により、Al ベースの複合材料の作成に使用されています 21。 低コストで広く入手可能。 CuO は、太陽電池、疎水性の高い表面、ガス検出センサーなどの電気機器に多くの貴重な用途があるため、研究で多くの注目を集めています22。 Cu の添加により融点が低下し、Al2Cu 相の生成を引き起こす可能性があり、これにより Al マトリックスの引張強度が増加します21。 ナノ酸化銅は、その硬度により摩擦を効果的に低減し、機械部品の摩耗を防ぎます23。 Al 相と CuO 相は構造と応力が異なるため、Al マトリックスに CuO ナノ粒子を添加することが有利になります。 AlマトリックスとCuO強化粒子が接触する点で、転位が発生します。 加工硬化（時効）プロセス中に生成される静的転位に関連する Al マトリックスの強度は、生成された転位の表面積の増加と結晶粒の微細化の増加により増加し、耐食性が向上します24。