鎂合金是最輕的結構金屬材料，在航空航天和汽車工業中具有廣闊的應用前景。但鎂合金的高宏觀腐蝕速率和嚴重的非均勻腐蝕限制了其應用。鎂合金的腐蝕不僅發生在表面，還會隨時間三維演化，而現有研究主要關注其對二維靜態表面腐蝕的影響，忽略了腐蝕行為從表面到內部的演化，因此直接非破壞性地獲取三維晶體取向和腐蝕形貌至關重要。

近日，哈爾濱工業大學李洋教授和徐超教授團隊聯合中科院合肥物質研究院強磁場科學中心等單位研究了晶體取向對Mg-0.6Al-0.2Ca-0.3Mn（AXM）合金在3.5wt.% NaCl溶液中腐蝕行為的影響，揭示了晶體取向在控制局部腐蝕行為中的關鍵作用，為通過調控晶體取向分布提升鎂合金耐腐蝕性提供了理論依據，這項研究結果以“How crystallographic orientation affects aqueous corrosion of dilute Mg-alloys”被發表在國際期刊《Corrosion Science》上。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113151

【核心內容】

這項研究中發現AXM合金中沿基面取向的晶粒更容易出現局部腐蝕，合金在3.5wt.% NaCl溶液中剛開始在表面擴展腐蝕，而且會先朝著相鄰的近基面取向晶粒蔓延。隨著浸泡時間的增加，合金中基面取向晶粒的表面會形成疏松多孔的腐蝕產物膜，這會讓鎂合金的腐蝕不僅往深處發展，還會向周圍相同取向的晶粒擴散，闡明了晶體取向在調控鎂合金局部腐蝕行為中起到了關鍵的作用，為后續通過優化晶體取向分布來增強AXM鎂合金的耐腐蝕性提供了重要的理論支撐。

【研究方法】

作者在該實驗中使用SEM、EBSD和TEM技術觀察了AXM合金的微觀結構，并通過在3.5wt.% NaCl溶液中對樣品開展浸泡試驗和電化學測試來評估AXM合金的腐蝕性能。結合原位光學顯微鏡和FIB-TEM技術觀察腐蝕形貌，利用Lab-DCT和準原位CT進行3D腐蝕觀測，并通過AFM（KPFM模式）分析晶粒表面的電位差。

【研究成果】

① 確定腐蝕行為與晶體取向的關系

研究發現，AXM 合金的腐蝕情況和晶體取向關系很大。那些沿基面排列的晶體平面，在第二相粒子與非基面取向平面形成的電偶作用下，更容易出現局部腐蝕，而且這種腐蝕還會朝著附近同樣是基面取向的平面蔓延開來。

AXM合金腐蝕擴展的表面觀察

腐蝕監測過程中的OM圖像

② 不同階段的腐蝕特點

樣品的早期腐蝕主要在其表面進行，基面取向晶粒的腐蝕比例更大且腐蝕深度更深，會形成多孔的腐蝕產物。在經過長期浸泡后，由于絲狀腐蝕形成疏松多孔腐蝕產物膜，腐蝕會在基面取向晶粒的深度方向傳播并向周圍具有相似取向的晶粒橫向擴展。

相鄰晶粒的表面電位分析

AXM在3.5wt.% NaCl溶液中的腐蝕演變示意圖

③ 腐蝕程度與晶體取向關聯

長期浸泡后基面取向晶粒的腐蝕體積分數明顯更高且發生嚴重局部深度腐蝕的晶粒主要為該取向。當基面取向晶粒內的三維腐蝕傳播路徑與非基面取向晶粒的晶界相交時，腐蝕會在一定程度上延伸到非基面取向晶粒的深度方向。

G4/G10界面的腐蝕形態和產物分析

三維表面腐蝕形貌隨浸泡時間的演變

腐蝕形態隨時間變化的深度方向切片

【總結與展望】

這項研究明確了晶體取向在調控局部腐蝕中的核心作用，為通過優化晶體取向分布或調整（0001）晶面間距來提升鎂合金耐腐蝕性提供了直接理論依據，可通過優化晶體取向分布，或修改（0001）平面的晶面間距來減輕腐蝕沿（0001）晶面的優先傳播。未來研究可進一步研究不同鎂合金體系，探索晶體取向與合金元素及加工工藝的協同調控機制，推動該理論在實際工程中的應用。