腐蚀的铝/纳米复合材料和硬度行为由超声波处理重力搅拌铸造法

文摘

这项工作的目的是评估的腐蚀行为nanographene氧化增强铝(Al /去)金属基复合材料具有不同浸泡时间使用浸腐蚀技术。的铝/复合材料制造的超声波引力搅拌铸造法。的腐蚀力,铝/去使用扫描电子显微镜进行了评估。实验结果表明,腐蚀速率下降和体重损失随着浸泡时间的增加而增加。nonimmersed Al /去复合材料表现出较高的显微硬度值比浸铝/复合材料。

1。介绍

对铝瓶装金属基复合材料(AMMCs)主要用于制造各种工程组件在航空航天、汽车、国防和国内其他应用程序,因为他们有优越的力学性能和是轻量级和有良好的尺寸稳定性。特别是,LM 24铝合金广泛的许多工程应用由于优异的耐蚀性,良好的机械加工性,良好的成形性,也有热撕裂强度(1]。因此,LM 24铝允许使用二次过程如热挤压、轧制、锻造(2]。AMMCs是捏造的液态和固态方法。固态法被用来制造一些形状的复合组件,并不适用于形状复杂部件的制造(3]。因此,这种方法是不习惯在许多行业;然而,传统的搅拌铸造法是广泛应用于许多行业4因为搅拌铸造是一个简单的技术,有更多的灵活性,也有更多的热力学稳定矩阵中的陶瓷颗粒分布均匀液体在高温下产生强大的债券之间的界面强化和基质材料(5]。然而,传统的搅拌铸造法不适合混合矩阵液体因为纳米颗粒的大小变化,纳米形成的一些实际问题,纳米粒子与矩阵相润湿不足(6]。最近,超声空化辅助搅拌铸造工艺取代了传统的搅拌铸造法,和高强度的超声波打破了集群粒子和分发他们一致矩阵液体(7- - - - - -9]。因此,超声搅拌铸造技术是最佳适合纳米复合材料的制造。

一般来说,铝是一种高活性材料在高温(10),具有较高的耐蚀性,因为表面的氧化层存在保护环境。这种氧化层表面形成自然当铝合金生产或暴露于高温通过以下反应11]: 。铝表面的氧化层的厚度,这是稳定的水介质pH值7.5,约为2.5 nm。铝合金的侵蚀很容易加速暴露在不同的环境条件,在与海水接触,当陶瓷颗粒添加到铝合金(12]。这种氧化层溶解在水介质的pH值超过9.0或海水。因此,对铝瓶装复合材料由于侵蚀发生在添加微型和纳米陶瓷粒子如SiCp、TiCp B₄Cp、碳纳米管(CNT),纳米纤维,石墨烯,氧化石墨烯,n-TiB₂(13,14]。Trowsdale et al。15)和韩寒等人建议Al / SiCp和Al / B₄C在氯化钠3.5解决方案增加点状腐蚀的敏感性比无筋合金。Abu-Warda et al。16)报道,nano-TiB的加法₂不会降低耐蚀性或敏感性的点状腐蚀界面区域。最近,石墨烯氧化物nanoreinforcements中已获得了高度的关注由于其独特的结构和优秀的机械性能和氧在氧化石墨烯的存在增强矩阵和钢筋之间的界面键(17]。此外,石墨烯氧化物主要是用作涂料由于其化学惰性和不渗透性特征(18]。到目前为止,调查人员主要是研究和评估只有石墨烯氧化物复合材料的力学行为,和只有少数作者集中在氧化石墨烯增强复合材料的腐蚀行为19]。本研究差距鼓励研究人员研究氧化石墨烯增强金属基复合材料的腐蚀行为。不同类型的腐蚀发生在AMMCs根据各种生产方法(20.)之间的物理和化学相互作用矩阵和增援部队在一个环境温度水平。钢筋的百分比中扮演一个重要的角色在决定金属基复合材料的力学行为。当增加的百分比nanographene氧化物颗粒在铝矩阵,nanoagglomerations铝基体中形成。它的展品更腐蚀的复合材料。大量的研究人员调查了不同腐蚀行为通过使用不同的腐蚀技术。腐蚀可分为两类:基于位置均匀腐蚀,另一个是局部腐蚀。均匀腐蚀发生在复合材料的表面由于环境条件的变化(11,局部腐蚀主要发生在矩阵区域,通过化学反应在复合材料界面区域。局部的侵蚀是应力腐蚀21,22],点状腐蚀[23),缝隙腐蚀、电化学腐蚀24),晶间腐蚀25]。

当前工作的目的是评估Al /去复合材料的腐蚀行为在不同时期接触到环境温度水平。Al /去样本由超声波搅拌铸造法、和腐蚀行为使用浸泡腐蚀试验样品进行了分析。浸泡腐蚀测试是最可靠和简单的方法分析复合材料的腐蚀行为。的硬度强度腐蚀样品显微硬度进行了测试。

2。实验工作

在这项研究中,LM 24铝合金密度为2.68克/厘米³作为基质材料,因为它具有优良的铸造特点。1.5百分比nanographene颗粒(去)被用作强化。石墨粒子的平均尺寸是52 nanomicrons。LM 24铝合金的化学成分如表所示1。1000克的LM 24铝合金是放置在一个坩埚和加热到700°C的速度每分钟12°C。预热的石墨烯氧化物纳米粒子添加到熔融液体。液态金属是搅拌的速度400 rpm使用机械搅拌器10分钟达到液态金属纳米颗粒的均匀分布。在搅拌过程中,许多发光机制形成的液体由于纳米颗粒的大小变化。因此,机械搅拌器中熔融金属,和超声波角插入三分之一的液态金属液体的高度为目的的诱导超声波在液体金属。超声换能器的功率和频率设备2千瓦和20 kHz,和处理温度维持在700°C。超声波在液体中产生的换能器角金属。这些生成的电波传遍机械振动产生的液体和。这些振动,分手的集群nano-GO粒子和使他们能够均匀分布在液体中矩阵。 The composite slurry was poured into the preheated mild steel die and allowed to solidify. The casting sample of the Al/GO composite is shown in Figure1。大小的铝/复合铸造 毫米³。腐蚀试验是使用一个简单的浸泡试验。Al /去综合样本完全沉浸在3.5%氯化钠电解质不同时间的,如24小时、48小时和72小时。复合材料的腐蚀样品准备和抛光500目标表。腐蚀样本的大小10毫米长度,10毫米宽,5毫米厚度。铝的重量/去复合材料使用秤测量。权重的准确性机器是0.001克。标本都沉浸在250毫升3.5%的氯化钠电解质的解决方案。完成时间后,标本被从解决方案和使用丙酮清洗,然后,质量损失计算。图2显示了腐蚀和noncorrosion Al /复合。在样品表面的结构变化包括扫描电子显微镜检查。的腐蚀表面强度测量显微硬度测试。

3所示。结果与讨论

3.1。结构分析

Al / nanographene氧化物复合材料的扫描电镜显微图如图所示3。nanographene氧化物颗粒分布在基体材料几乎一致。粒子的分布的均匀性和强界面债券是通过使用最佳制备条件下的超声搅拌铸造法。腐蚀表面的铝/复合样品如图4。SEM显微图清楚地表明,表面形态溶解铝层受损的氯化钠溶液浸泡条件下。图5观察表明,表面损害由于长时间的接触。在浸泡初期,更多的损失没有观察到表面,如图4。在浸没时间,nanographene中碳氧化物的存在与铝反应生成碳化铝界面区域。史密斯et al。26)报道,氧化nanographene六角结构的碳元素。EDS分析界面地区进行了使用线扫描选项的方法。这一分析证实了存在的碳元素在界面区域,如图6。碳化铝的反应发生在以下方式: 。金属间化合物的存在碳化铝(Al的元素₄C₃)在界面形成区域发起局部腐蚀在强化。预计会有增加易受腐蚀基体之间的界面区域和nanographene氧化强化。延长浸泡时间下,金属间化合物元素在氯化钠溶液稀释和启动之间的舒解矩阵和石墨烯氧化物粒子。表面和界面的界面微裂隙形成区域如图7。这是一个有利的脱胶和腐蚀的形成机制/复合材料。

3.2。减肥和水的吸收铝/复合材料

重量损失Al /去综合样本测量完成后的浸时期使用高精度称重机。铝合金的重量损失和铝/样品如图8。Al /复合材料有更多的重量损失比铝合金由于稀释界面金属间化合物化合物的地区和复合材料表面恶化。重量测量显示,重量损失增加时间的增加由于表面腐蚀,氧化层的溶解,点状腐蚀的复合材料。

氯化钠吸收计算根据以下方程(27]: 。图9显示了浸泡时间的吸收曲线。复合材料中的氯化钠吸收发生扩散过程。氯化钠是扩散矩阵,通过微裂隙表面复合材料的界面区域。表面微裂隙形成覆盖在复合材料的制造和氧化层(28]。微裂隙的存在在Al /样本如图7。表面微裂隙观察由于溶解氧化层在与氯化钠溶液接触。因此,氯化钠与浸泡时间的增加吸收速率增加。

3.3。腐蚀行为的铝/复合材料

后复合材料的腐蚀速率计算方程(29日]: ,在哪里的减肥是暴露在克样品,g / cm标本的密度³,暴露样品在cm的面积吗²,曝光时间的小时。Al /去复合材料的腐蚀速率图所示10。铝合金的腐蚀速率和Al /复合材料表现出类似的趋势,但铝合金表现出较低的腐蚀速率比铝/去样品由于没有nanoreinforcements矩阵。最初阶段的腐蚀速率高浸由于吸附氯离子表面的铝/复合材料,是局部腐蚀的第一阶段攻击样本。形成局部腐蚀和表面损伤数据所示4和5。前面的调查员猎鹰et al。30.)报道,在复合材料表面腐蚀和点蚀发生通过以下步骤:(a)氯离子的吸附和扩散氧化表面,(2)hydroxychloride铝盐的形成,和(3)氧化物的溶解。浸泡时间增加时,氯溶液扩散复合材料通过现有的表面微裂隙。复合试样表面微裂隙的存在是图所示7。氯的最少的解决方案是扩散界面边界地区和其他地区的阿尔矩阵进行的复合材料内部的腐蚀。因此,腐蚀速率与浸泡时间的增加减少。复合试样的腐蚀坑观察如图11。腐蚀坑出现的杯状容器,半球形,flat-walled有时形状不规则的根据优先腐蚀区域,氯离子的吸附和扩散,和浸泡时间31日]。不规则形状的腐蚀坑被发现之间的界面区域基体和颗粒。这是显示在图11。这些腐蚀坑弱passivized或热力学不稳定。因此,界面区域可以作为坑形成的成核点。最后,实验结果表明,腐蚀速率主要取决于浸时期,氯离子,复合材料的界面区域,和表面条件。

3.4。硬度强度对铝/复合材料

这个分析是用来研究的硬度强度的影响noncorroded和腐蚀表面复合样品和基体之间的界面区域和纳米颗粒。显微硬度测量实验前后的腐蚀分析不同时期的浸没式测试。显微硬度值测定的标本在不同恒定距离间隔。图12显示了不同硬度的变化取决于表面形态条件和nanographene氧化物粒子的分布矩阵。然而,比较不同样本的不同浸泡时间显示nonimmersed样本显示较高的显微硬度值相比,由于腐蚀样品表面的氧化层和纳米颗粒的分布的均匀性。与基体纳米颗粒粘合好,如图1。基体的变形受到限制的存在nano-GO粒子在加载条件。因此,nonimmersed样品提供更高的硬度强度。初始浸时间(24小时),表面损伤,和表面腐蚀发生的吸附氯离子在Al /样品。因此,这些样品的显微硬度逐渐降低相比nonimmersion样本。当24小时的浸泡时间增加。到72小时。,the chloride solutions diffused in the Al matrix and the interfacial region between the Al matrix and GO particles through the preexisting microcracks. During prolonged immersion periods, the aluminium salts became diluted and created corrosion pits in the Al matrix region as shown in Figure9。当一个硬度计压头载荷应用于铝/标本,塑性变形相对较大,艾尔矩阵混乱的运动变得更容易由于存在基体腐蚀坑的地区。显微硬度分析表明,复合材料的硬度强度取决于表面形态和之间的界面键矩阵和强化。

3.5。拉伸性能的铝/复合材料

Al /去复合材料的性质主要取决于纳米粒子的分布的矩阵。有必要理解粒子分布矩阵为了PRMMCs的属性相关联。flat-shaped标本进行了拉伸试验,根据ASTM标准执行(E-8模型)的测试方法。

图13显示了极限抗拉强度的变化Al /复合材料。Al /复合材料表现出更多的抗拉强度比铝合金。复合材料的整体实力是影响石墨烯纳米粒子的分布的矩阵。

4所示。结论

Al /去复合材料的腐蚀行为研究通过使用浸泡不同的时间。以下结果可以推断从这个实验工作:(1)从扫描电镜显微照片分析,nanographene氧化物粒子被基体中分布均匀(使用超声搅拌铸造法)(2)铝/复合材料经历更多表面恶化由于表面的腐蚀和盐离子的吸附表面。大量的腐蚀坑中观察到艾尔矩阵区域和界面区域(3)重量损失增加与浸泡时间的增加,金属互化物,氧化铝层溶解在3.5%的氯化钠溶液(4)3.5%的氯化钠溶液中扩散复合材料通过表面裂缝。吸水速率与浸泡时间的增加比例增加(5)铝合金表现出更少的腐蚀相比,铝/复合材料。合金的腐蚀速率与浸泡时间的增加减少。腐蚀力的浸渍试验表明,复合材料的表面和界面区域主要取决于吸附和扩散的氯化钠溶液腐蚀区域和时段优惠(6)显微硬度测试结果展示,功能/复合样品表现出更多的硬度,强度相比,腐蚀铝/样品。腐蚀表面有更多的表面损伤和腐蚀坑的界面区域。因此,它产生更少的硬度强度(7)拉伸试验表明,氧化nanographene钢筋复合无钢筋铝合金相比,提供了更多的力量。nano-GO粒子的存在提高了对铝瓶装复合材料的机械强度

数据可用性

没有数据用于支持这项研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

1. p . Vijian和v . p .杂志”模型和多目标优化的机械配件铝合金挤压铸造工艺参数用遗传算法,”材料加工技术杂志》上,卷186,不。1 - 3、82 - 86年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. c·s·拉梅什和m . Safiulla”热挤压Al6061建立复合材料的磨损行为。”穿,卷263,不。1 - 6,629 - 635年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. g . b .张成泽m . d .户珥,s . s .康”替代过程的研究发展粉末冶金汽车零部件,”材料加工技术杂志》上,卷100,不。1 - 3、110 - 115年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. s . b . Prabu l . Karunamoorthy s Kathiresan和b·莫汉”的影响,搅拌速度和搅拌时间分布的粒子在铸造金属基复合材料中,“材料加工技术杂志》上,卷171,不。2、268 - 273年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. l . j . Hashim鲁尼,m . s . j .几声“搅拌铸造金属基复合材料:生产的方法,”材料加工技术杂志》上卷,92 - 93 1 - 7,1999页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. l . j . Hashim鲁尼,m . s . j .几声“粒子分布在铸造金属基复合材料,第一部分,”材料加工技术杂志》上,卷123,不。2、251 - 257年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. a . h . Idrisi A.-H。Mourad,“传统搅拌铸造与超声波辅助搅拌铸造法:机械和物理特征的资产管理公司,”杂志的合金和化合物卷,805年,第508 - 502页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. m . Malaki w . Xu k . Kasar et al .,“先进金属基纳米复合材料,金属,9卷,不。3,p。330年,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. d . k . Koli g . Agnihotri, r . Purohit”的影响,超声辅助搅拌铸造Al6061-nano氧化铝复合材料力学性能,”今天材料:诉讼,卷2,不。4 - 5,3017 - 3026年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. b . Bobic s Mitrovic m .巴比克,j . Bobic”腐蚀的铝和zinc-aluminium合金金属基复合材料的基础上,“摩擦学在工业,卷。31日44-54,2009页。视图:谷歌学术搜索
11. p . s . s . Ratna库马尔,s . j .亚历克西斯和d s . r .聪明,”与纳米黏土AA7075的均匀腐蚀行为”,今天材料:诉讼,4卷,不。8,9013 - 9019年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. z Szklarska-Smialowska,“点状腐蚀铝”,腐蚀科学第41卷。。9日,第1767 - 1743页,1999年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. m .钠长石,j·b·康特拉斯m·萨拉查和j·g . gonzalez rodriguez”铝金属基复合材料的腐蚀行为强化与抽搐处理无压融化渗透,“《应用电化学,36卷,不。3、303 - 308年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. h . Asgharzadeh和m . Sedigh铝基复合材料的合成和机械性能增强few-layer石墨烯和氧化石墨烯,”杂志的合金和化合物卷,728年,页47 - 62,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. a . j . Trowsdale高贵,s·j·哈里斯,i . s . r . Gibbins g·e·汤普森和g·c·伍德,”的影响碳化硅增强铝的点蚀行为,”腐蚀科学,38卷,不。2、177 - 191年,1996页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. n . Abu-Warda m·d·洛佩兹·m·d·Escalera-Rodriguez e·奥特罗和m . v . Utrilla“机械合金的腐蚀行为与TiB2nanoparticles A6005铝合金复合增强,”材料和腐蚀,卷71,不。3、382 - 391年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. m . Hedayatian k . Vahedi a Nezamabadi, a .摩”Al6061-graphene氧化物纳米复合材料的微观结构和力学行为。”金属和材料国际,26卷,不。6,760 - 772年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. m . y .女性,a . Kamboj和c·斯利瓦斯塔瓦”SnZn-graphene氧化物复合涂层的电化学行为,薄固体电影卷,636年,第601 - 593页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. h . j . Li, f .太阳,h .周l .赵和y的歌,“石墨烯氧化物的多尺度效应对水性醇酸树脂涂料的耐腐蚀性能,”材料研究学报,34卷,不。6,950 - 958年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. f·沃尔什、g . Ottewill和d·巴克”金属的腐蚀与保护:II。类型的腐蚀和防护方法,”国际货币基金组织的事务卷,71年,第120 - 117页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. l . s . Kuburi m . Dauda s . a .雅鲁和m . Abdulwahab”研究的组织和耐应力腐蚀开裂(SCC)的海洋级铝基复合材料”力学和机械工程21卷,第841 - 833页,2017年。视图:谷歌学术搜索
22. z阴,f·刘,d的歌,他,j .林和f . Yu”伪造Mg-Al-Zn合金的应力腐蚀开裂与不同表面条件,”化学杂志卷,2018篇文章ID 4262860、8页,2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. 即Gurrappa诉诉·巴努·普拉萨德,“基于铝金属基复合材料的腐蚀特点,“材料科学与技术22卷,第124 - 115页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. h . m .扎卡里亚,“微观结构和铝/碳化硅金属基复合材料的腐蚀行为,”Ain Shams工程杂志,5卷,不。3、831 - 838年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. j·f·麦金太尔和t . s .陶氏铝合金的晶间腐蚀行为暴露在人工海水中硝酸盐阴离子的存在,”腐蚀,48卷,不。4、309 - 319年,1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. a . t . Smith, a . m .物等,美国曾,b . Liu和l .太阳“氧化石墨烯的合成、性质和应用/减少氧化石墨烯及其纳米复合材料”纳米材料科学,1卷,不。1,31-47,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. m·侯赛因和k . Niihara”,控制水的吸收及其对CFRC的层间剪切强度的影响₂O₃分散。”材料科学与工程,卷272,不。2、264 - 268年,1999页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. b . Bobićj . Bajat Bobić,和b . Jegdić腐蚀影响外观和表面微观结构的混合涂料铸造ZA27 / SiC_p复合材料在氯化钠溶液。”中国有色金属协会的事务,26卷,不。6,1512 - 1521年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. r·a·弗里曼和d·c·西尔弗曼,“技术注:误差传播在优惠券浸的测试中,“腐蚀,48卷,不。6,463 - 466年,1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. 洛杉矶猎鹰,e . b . Bedolla j . Lemus c·莱昂。罗萨莱斯和j·g . gonzalez rodriguez”Mg-Al /抽搐复合材料的腐蚀行为在氯化钠溶液中,“国际期刊的腐蚀ID 896845条,卷。2011年,7页,2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. k . v . Akpanyung r·t·乐透彩票,“点状腐蚀评估:评估”,物理学杂志》:会议系列第022088条,卷。1378年,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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