알루미늄 7075 합금의 부식 거동에 대한 구배 나노입자 표면층의 역할

npj Materials Degradation 6권, 기사 번호: 62(2022) 이 기사 인용

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구배 나노 입자 구조는 금속 및 합금의 강도-연성 균형을 피하는 유망한 기술이었습니다. 따라서 본 연구에서는 표면 기계적 마모처리(SMAT)가 고강도 알루미늄 합금의 미세조직 및 부식거동에 미치는 영향을 조사하였다. SMAT는 실온 및 액체 질소(LN2) 흐름 조건에서 수행되어 두 가지 뚜렷하게 다른 초기 구배 미세 구조를 생성했습니다. 전위차 분극, 전기화학적 임피던스 분광학 및 입계 부식 테스트를 수행했습니다. 처리되지 않은 샘플과 처리된 샘플의 표면 필름 특성화는 X선 광전자 분광법 및 비행 시간 2차 이온 질량 분광법 기술을 사용하여 수행되었습니다. 결과는 침전물 형성 및 고유상의 용해와 같은 SMAT 처리 샘플의 중요한 미세 구조 변화를 보여줍니다. 또한, SMAT 처리된 샘플에서는 감소된 양극 용해 속도가 관찰되었습니다. 더욱이, 표면 필름 특성화는 SMAT 샘플에서 Cu 및 SiO2가 풍부한 두꺼운 산화막을 나타냈습니다.

이종 구조 재료의 일종인 구배 나노 구조(GNS)는 전체 합금 구성을 변경하지 않고 높은 강도와 ​​연성의 조합을 달성할 수 있는 능력으로 인해 재료 커뮤니티에서 상당한 주목을 받았습니다1,2,3,4. 이러한 특성은 하드 영역과 소프트 영역 사이의 시너지 상호 작용에 의한 이종 변형으로 인한 강화 및 변형 경화에서 파생됩니다. GNS 재료는 또한 재료의 피로, 마모, 부식 피로 및 부식 거동과 같은 표면 민감 특성의 유망한 개선을 보여주었습니다. 여러 가지 장점이 있음에도 불구하고 이러한 재료의 적용 가능성은 기계적 특성에 대해 제어된 미세 구조를 가진 대량 샘플 처리의 한계로 인해 최대 잠재력에 도달하지 못했습니다.

구배 나노 입자 구조는 이름에서 알 수 있듯이 나노 결정 입자의 표면 구조로 구성되며 표면에서 멀어질수록 크기가 점차 증가합니다. 특히, 표면에 나노입자가 있는 표면 나노결정화(SNC)는 표면 기계적 마모 처리(SMAT)12, 초음파 쇼트 피닝13, 샌드블래스팅14, 레이저 쇼크 피닝(LSP)15 등 다양한 심각한 소성 변형 기술을 통해 달성할 수 있으며, 여러 회전 압연16. 이들 중 SMAT는 자유 표면에서 가능한 가장 작은 입자 크기와 대량의 샘플에 대해 수백 마이크론 깊이의 상당한 기울기를 생성하는 데 효율적인 것으로 입증되었습니다. 이 구배는 누적적으로 높은 변형률 값을 유도하는 샘플의 자유 표면과 밀링 매체의 동적 헤르츠 충격의 결과로 형성됩니다. 일반적으로 SMAT 중에 사용되는 밀링 미디어는 처리할 기본 샘플과 다른 화학 물질로 구성됩니다. 충격의 물리적 특성과 특성은 수백만 번 이상 발생하므로 물질을 전달하는 방법이 도입됩니다. 즉, 반복적인 고속 충격과 국지적인 온도 상승은 원자 확산 계수와 화학 반응성이 향상되어 샘플의 자유 표면에서 합금 생성을 촉진하는 환경을 제공합니다. 적절하게 엔지니어링된 경우 표면층의 높은 반응성과 나노입자의 결정립 경계를 통한 합금 원소의 쉬운 확산은 유리한 미세 구조를 갖는 내식성 코팅을 생성하는 효율적인 방법을 제공합니다. 예를 들어, SMAT가 수행되는 온도는 자유 표면에서 발생하는 결정립 미세화 정도 및 형성된 구배 깊이와 상관 관계가 있습니다. 이는 오염물질의 정도와 모재와의 혼합에 대해서도 마찬가지인 것으로 밝혀졌습니다. 특히, 극저온에서의 SMAT는 기본 변형 모드의 변화로 인해 순수 구리에서 더 높은 입자 크기 감소를 보여주었습니다. 극저온-SNC 외에도 극저온 압연(24) 및 극저온 압출(25)과 같은 다른 극저온 열기계 가공을 통해 준비된 합금은 실온 가공된 합금에 비해 향상된 강도와 연성을 나타냈습니다. 대체로 SMAT 처리는 평판과 같은 소규모 단순화된 형상에 대한 대학 환경에서 수행되었습니다. 그러나 전통적인 흔들림 변화 대신 음향 진동을 활용하는 SMAT 처리 장비의 최근 수정된 버전을 통해 SMAT를 튜브/실린더 및 얇은 와이어에도 적용할 수 있습니다9,26,27. SMAT 처리 장비의 다른 실시예에서는 컴퓨터 수치 제어 기계에 장착된 버니싱 기술을 사용하여 훨씬 더 큰 유연성을 허용하고 잠재적으로 부품의 현장 처리를 허용합니다2,28,29. MELDTM 기술30과 같은 산업 시스템은 더 큰 규모와 더 복잡한 부품을 다루기 위해 개발되었지만 이러한 기술의 통합은 산업 응용 분야에서 아직 초기 단계에 있습니다.