类型a：学术研究报告

作者及机构
本研究的通讯作者为大连理工大学的Zongning Chen与Tongmin Wang教授团队，合作单位包括大连理工大学材料科学与工程学院（Key Laboratory of Solidification Control and Digital Preparation Technology）、分析测试中心（Instrumental Analysis Center）以及宁波研究院（Ningbo Institute of Dalian University of Technology）。研究论文《Synergistic Improvement of Corrosion-Strength of Al-Mg Alloy by Trace Sc/Zr and TiB₂ Particles》于2025年2月发表于腐蚀科学领域期刊《Corrosion Science》（Volume 246, Article 112760）。

学术背景
Al-Mg合金（铝镁合金）因优异的耐腐蚀性和轻量化特性，广泛应用于海洋工程等腐蚀环境。然而，高镁含量（>3.5 wt%）合金在50–200°C长期服役时易发生“敏化（sensitization）”，即晶界处析出富Mg的β-Al₃Mg₂相（β相）。该相电化学活性高于基体，在腐蚀环境中优先溶解，导致晶间腐蚀（Intergranular Corrosion, IGC）和构件失效。传统解决方法（如退火或添加稀土元素）存在强度损失或成本高昂的问题。本研究提出通过微量Sc/Zr和TiB₂颗粒协同调控合金微观结构，以同时提升强度与耐腐蚀性。

研究流程
1. 材料制备与处理
- 合金设计：制备三种Al-5Mg合金：基础合金（MO）、添加0.2Sc-0.1Zr的MSZ合金、进一步添加0.2TiB₂的MSZT合金。
- 加工工艺：采用熔模铸造制备铸锭，经410°C/3h均匀化处理后，在400°C下热挤压（挤压比20:1），随后进行300°C/1h退火和150°C/100h敏化处理。
- 表征方法：使用扫描电镜（SEM）结合电子背散射衍射（EBSD）分析晶界分布；透射电镜（TEM）观察析出相形貌；能谱（EDS）测定元素分布。

1. 腐蚀性能测试

   • 硝酸质量损失试验（NAMLT）：依据ASTM G67-04标准，将样品浸入70% HNO₃溶液24小时，计算质量损失并测量腐蚀深度。
     
   • 电化学测试：在3.5% NaCl溶液中通过动电位极化曲线测定腐蚀电流密度（icorr）。
     

2. 力学性能测试

   • 室温拉伸试验（GB/T 228.1-2010标准）测定屈服强度（YS）、抗拉强度（UTS）和延伸率（EL）。
     

主要结果
1. 微观结构调控
- 晶界优化：MSZT合金中低角度晶界（Low-Angle Grain Boundaries, LAGBs）占比达78%，显著高于MO合金（14.2%）。TiB₂颗粒通过促进动态再结晶（DRX）细化亚晶（平均尺寸496 nm），而Sc/Zr形成的L1₂-Al₃(Sc,Zr)纳米析出相钉扎晶界，抑制β相连续析出（图3-5）。
- 析出相抑制：MO合金晶界处出现连续β相（Mg含量~40%），而MSZT合金晶界无显著Mg偏聚（图5g）。

1. 性能提升
   
   • 耐腐蚀性：MSZT的NAMLT值（11.8 mg/cm²）较MO（41.3 mg/cm²）降低71.4%；腐蚀电流密度（2.22×10⁻⁸ A/cm²）低两个数量级（图7,9）。
     
   • 力学性能：MSZT的屈服强度（381.5 MPa）较MO（288.8 MPa）提升32.1%，延伸率保持11.2%（图10）。
     

结论与价值
本研究通过Sc/Zr和TiB₂的协同作用，构建了高比例LAGBs和稳定纳米析出相的“双异质结构”，解决了Al-Mg合金强度与耐腐蚀性的矛盾。其科学价值在于揭示了LAGBs抑制β相析出的机制，应用价值为开发高性能海洋用铝合金提供了新思路。

研究亮点
1. 创新方法：首次结合Sc/Zr微合金化与TiB₂颗粒引入，实现晶界工程与析出相调控的协同优化。
2. 性能突破：MSZT合金的强度-耐蚀性综合性能优于传统5083合金及Sc/Zr改性合金（图8）。
3. 机制深化：通过EBSD和TEM多尺度表征，明确了LAGBs降低晶界能、抑制β相形核的物理本质（图12）。

其他价值
研究提出的“颗粒-析出相协同调控”策略可扩展至其他铝合金体系，为结构-功能一体化材料设计提供普适性参考。