成果簡介

哈爾濱工業大學黃永憲教授課題組在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊發表名為“Homogeneously Dispersed Graphene Nanoplatelets as Long-Term Corrosion Inhibitors for Aluminum Matrix Composites”的論文，研究實施變形驅動冶金以制備石墨烯納米片（GNP）增強的鋁基復合材料，其耐腐蝕性能隨時間而自我增強。嚴重的塑性變形有助于 GNP 的充分破碎、變薄、折疊和再分散，以及晶粒細化。均勻分散的 GNPs 在含氯化物的環境中表現出很好的腐蝕抑制機制，這歸因于通過 GNPs 與表面氧化膜之間的擴散和化學鍵合形成碳摻雜保護膜。進行了電化學和晶間腐蝕試驗以顯示長期耐腐蝕性的增強。進行第一性原理計算以探索碳摻雜保護膜的高耐腐蝕性。

圖文導讀

圖 1. (a) 球形純鋁粉和 GNP 在 (b) 掃描電子顯微鏡 (SEM) 和 (c) 透射電子顯微鏡 (TEM) 中的形態。

圖 2. DDM 制備路線和典型樣品的示意圖。

圖3. DDM 純鋁和具有多種制備參數的復合材料以及商業純鋁的 PDP 曲線。

圖4. EIS 結果建模的等效電路。

圖5. Mott-Schottky 圖和供體密度的變化：(a) 曲線和 (b) 1 kHz 時的供體密度和 (c) 曲線和 (d) 10 kHz 時的供體密度。

圖6. 通過能量色散光譜觀察到的 GNP 的長期腐蝕抑制劑作用。

小結

本文，研究了均勻分散的 GNP 作為長期緩蝕劑對鋁基復合材料腐蝕行為的影響。應用于制備 GNP 增強鋁基復合材料的 DDM 可以通過劇烈的塑性變形有效地獲得 GNP 的晶粒細化和破碎/再分散，有助于復合材料的微觀結構均勻性。DDM 過程中適當的轉速可以抑制孔隙率和可水解化合物的形成，以避免潛在的縫隙腐蝕。沒有形成 Al 4 C 3的健全復合材料發現由于形成了含 GNP 的保護性氧化膜而降低了腐蝕速率。由嚴重塑性變形引起的均勻分散的 GNP 有助于提高耐腐蝕性和更均勻的保護性氧化膜。證明了 GNP 與暴露時間的長期腐蝕抑制機制。與純鋁相比，較低的供體密度顯示復合材料對氯離子侵蝕和電荷轉移的抵抗力更好。觀察到 GNP 和氧化膜共同作用以通過擴散和化學反應形成防止腐蝕的保護膜。碳原子的摻雜獲得了更高的空位形成能、Cl原子的進入能壘和電荷轉移的功函數，證明了GNPs的長期腐蝕抑制機制。