Al의 부식거동과 미세구조

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12855(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 연구는 주조 공정을 통해 Al-10wt.%Zn 합금을 제조하는 방법을 탐구합니다. 나노 CuO는 공침법으로 제조하였다. Al-10Zn 합금에 나노구조(1wt.% CuO)를 첨가한 효과는 균질화 후 3.5% NaCl 수용액에서 2시간 동안 주조된 상태와 다양한 시효 온도(423, 443 및 463K)에서 부식 효과를 연구했습니다. 실온에서 500K로 2시간 동안. 부식거동을 알아보기 위해 부식속도(CR)와 부식전류밀도(Icorr.)를 결정하기 위해 전기화학적 측정(OCP, Tafel, EIS)을 수행했습니다. 또한, Al-10Zn과 Al-10Zn-1CuO의 미세구조를 주사전자현미경, EDX 매핑, 광학현미경을 이용하여 관찰하여 에이징 전후의 나노입자 첨가 및 부식시험에 따른 영향을 조사하였다. 평균 결정 크기와 전위 밀도는 XRD 패턴으로부터 계산되었습니다. 결과는 CuO 나노입자의 적절한 첨가가 Al-10Zn 합금을 정제하고 Al-10Zn 합금을 보다 고귀한 방향으로 이동시킬 수 있음을 보여줍니다.

알루미늄(Al)과 그 합금은 높은 강도와 ​​경량으로 인해 최근 현대 엔지니어링 응용 분야에 광범위하게 사용되었습니다1,2. 또한 경도, 낮은 마모 및 내화학성으로 인해 다양한 자동차, 건설 및 항공우주 응용 분야3,4,5,6에서의 사용이 제한됩니다. 순수 Al은 엔지니어링 응용 분야에서 기계적 특성이 약한 반면, 합금 및 열처리를 통해 이를 개선할 수 있습니다. 특정 강성, 열 전도성, 저밀도, 강도, 성형성, 용접성, 가공성, 연성, 마모 및 내식성을 고려하여 필요한 응용 분야에 적합한 Al 합금을 선택해야 합니다7.

Al 및 아연(Zn) 기반 매트릭스로 만든 주조 합금에 대한 응용 분야가 점점 더 많아지고 있으며, 그 생산량은 전 세계적으로 증가하고 있습니다8.

Al-Zn 합금에 집중하는 주요 목적은 Zn을 첨가하면 부가가치가 증가하고 매트릭스의 균질성이 향상되며 Al 합금 특성이 향상된다는 것입니다9. Zn은 Al 매트릭스에서 높은 용해도를 가지고 있습니다. Zn을 첨가하면 격자 왜곡이 낮아져 합금의 성형성에 거의 영향을 미치지 않습니다10. Al-Zn 합금은 높은 강도, 연성, 열처리성, 우수한 열간 가공성/성형성 및 우수한 용접 특성을 가지고 있습니다11,12. Al-Zn 합금은 항공기, 선박 및 차량 건물을 위한 고강도 부식 방지(검증) 구조를 만드는 데 사용되는 미세한 산업용 합금이므로 미세 구조에 상당한 영향을 미칩니다13. 따라서 CuO, TiO2, SiC, SiO2, B4C 및 Al2O3와 같은 적절한 세라믹 나노 입자 강화 세라믹으로 Al 매트릭스를 지속적으로 지지하는 것이 필요합니다. 그들은 높은 강도와 ​​마모 및 부식에 대한 저항성을 부여하기 때문에 매트릭스 모재로서 Al에 대한 최선의 선택으로 간주됩니다. 세라믹 입자는 응고를 위한 핵생성 장소로 작용하여 기계적 강도를 높이는 역할을 하며, 입자 크기를 더 미세하게 만들 수 있습니다. 합금 원소의 기능은 Al 합금의 고용체를 형성하여 결정립 크기를 미세화하는 것입니다. 동시에, 합금 원소의 역할은 결정립 크기 미세화를 일으키는 Al 합금의 고용체를 개발하는 것입니다. Al 합금의 나노복합체를 만드는 방법은 교반 주조와 같이 다양하며, 이는 균일한 강화 분포를 가진 복합재를 생산하기 때문에 주로 복합재 제조에 사용됩니다6,17,18,19.

CuO는 많은 장점을 가지고 있기 때문에 Al 매트릭스 나노복합체에 가장 적합한 선택 중 하나입니다. Al 매트릭스 재료에 CuO를 첨가하면 특히 항공우주 및 자동차 엔지니어링 및 열 특성을 위한 내식성, 안정성, 강성 구조 응용 분야가 향상됩니다. 이 연구에서는 다음과 같은 다양한 이유로 CuO를 선택했습니다. 상업적으로 CuO 입자는 우수한 기계적 및 물리적 특성으로 인해 Al 기반 복합재를 만드는 데 사용되었습니다. 가격이 저렴하고 널리 사용 가능합니다. CuO는 태양 전지, 소수성 표면 및 가스 감지 센서를 포함한 전기 장비에서 많은 귀중한 용도로 인해 많은 연구 관심을 받았습니다. Cu를 첨가하면 녹는점이 낮아지고 Al2Cu 상이 생성되어 Al 매트릭스의 인장 강도가 증가할 수 있습니다21. 나노산화구리는 경도로 인해 마찰을 효과적으로 감소시키고 기계 부품의 마모를 방지합니다23. Al과 CuO 상은 구조와 응력이 다르기 때문에 Al 매트릭스에 CuO 나노입자를 추가하는 것이 유리합니다. Al 매트릭스와 CuO 강화 입자가 만나는 지점에서 전위가 생성됩니다. 가공경화(시효) 과정에서 발생하는 정적 전위와 연결된 Al 매트릭스의 강도는 생성된 전위의 표면적 증가와 결정립 미세화 증가로 인해 증가하여 내식성이 향상됩니다.