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2022年  第29卷  第7期

结构与功能镁合金专刊

客座主编:黄原定,蒋斌

开发高性能镁合金结构材料及其功能材料已成为当前材料科学、生物科学及能源领域的研究热点。为了解镁合金开发及其应用方面的最新进展及考虑到进一步拓宽镁合金应用的重要性,我们推出了就镁合金开发、加工工艺、合金的表面处理、及作为储氢材料的专刊。本专刊共收录了17篇论文,包括1篇镁合金表面处理综述及16篇研究论文。希望通过本专刊收录的论文能够帮助相关研究人员对镁合金作为结构材料及功能材料的研究进展方面有综合全面的了解。

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社论
编者按:结构与功能镁合金专刊
黄原定, 蒋斌
2022, 29(7): 1307-1309. doi: 10.1007/s12613-022-2515-3
摘要:

       镁合金有诸多优良性能如高比强度,良好的铸造性能及阻尼性能, 作为轻量化结构材料在交通运输业及航空业有广泛的应用前景。为了拓宽镁合金的应用前景,过去在如何进一步提高镁合金的高温性能和如何进一步改善镁合金的室温塑性与成型性方面进行了大量的研究。镁合金除了在结构方面的应用外,它们也可被开发为功能材料应用于相关领域。基于镁合金自身的腐蚀特点、良好的生物相容性与人体骨骼相近的弹性模量,其被研究开发为可降解医用材料应用于体内。除医疗方面的功能性应用外,镁合金在作为电池阳极材料和储氢材料方面也表现出巨大的潜在应用前景。

       遗憾的是镁合金还存在几个方面的应用瓶颈,如室温塑性及成型差、形变不对称性、强度低。作为潜在医疗植入降解材料,其降解速度又过快。为了解决这些问题, 促进镁合金的广泛应用, 开发高性能镁合金结构材料及其功能材料已成为当前材料科学、生物科学及能源领域的研究热点。

       因此,为了解镁合金开发及其应用方面的最新进展及考虑到进一步拓宽镁合金应用的重要性,我们推出了就镁合金开发、加工工艺、合金的表面处理、及作为储氢材料的专刊。本专刊共收录了17篇论文,包括1篇镁合金表面处理综述及16篇研究论文。希望通过本专刊收录的论文能够帮助相关研究人员对镁合金作为结构材料及功能材料的研究进展方面有综合全面的了解。

研究论文
流道设计和增压压力对高压压铸Mg–3.0Nd–0.3Zn–0.6Zr镁合金微观组织的影响
张通通, 于文波, 马超胜, 周玉琦, 熊守美
2022, 29(7): 1310-1316. doi: 10.1007/s12613-021-2386-z
摘要:
为了阐明压室预结晶组织(ESC)与其他缺陷(如缺陷带和孔洞)之间的关系,本文采用了二维表征和三维重构相结合的方法研究了凝固压力和流道优化设计对压铸Mg–3.0Nd–0.3Zn–0.6Zr镁合金微观组织与力学性能的影响。凝固压力有效的降低了气孔体积和尺寸,其中对于心部的作用效果最为显著。ESCs收集器通过对压室中的ESCs进行收集,有效的减少了铸件中ESCs的尺寸和数量,其中ESCs的面积百分数和平均尺寸分别减少了7% 和8 μm。此外,连续交错的缺陷带组织得到了改善,缺陷带区域和心部区域的大尺寸缩松孔洞显著减少。通过对ESCs和孔洞缺陷的统计分析得出,高压压铸镁合金的机械性能与ESCs的尺寸和分数密切相关,而非铸件孔隙率,减少ESCs组织有效的降低了铸件中缩松孔洞缺陷的数量以及缺陷带宽。拉伸断口分析表明,ESCs的减少导致铸件拉伸断裂模式由穿晶断裂转变为沿晶断裂。
研究论文
Fe杂质诱发Mg–Al系合金异质形核
廖恒斌, 莫丽玲, 周雄, 袁志钟, 杜军
2022, 29(7): 1317-1321. doi: 10.1007/s12613-021-2406-z
摘要:
镁合金具有密度低、比强度高和减震性能优异的特点,是目前最轻的金属结构材料。然而镁合金的绝对强度、塑性成形能力和耐蚀性相对较差,限制了进一步广泛应用。Fe杂质元素会显著降低镁合金的耐蚀性,但是研究表明Fe元素有利于降低Mg–Al系合金的晶粒尺寸,而针对Fe孕育细化Mg晶粒的具体机制尚未明确。本文基于聚焦离子束-透射电子显微镜技术,首次发现Fe杂质元素在Mg–3Al合金中以Al2Fe颗粒形式存在,并与Mg基体之间存在潜在的匹配取向。为进一步揭示Fe元素对Mg–Al系合金的孕育细化机制,本文引入0.02wt%Fe对Mg–3Al合金进行孕育处理。实验结果表明:经过0.02wt%Fe孕育处理后,Mg–3Al合金的平均晶粒尺寸由1135 μm下降至540 μm。基于JMatPro软件分析可知:Mg–3Al–0.02Fe合金熔体凝固过程中的相析出顺序为:Al2Fe → α-Mg → Al5Fe2 → Al13Fe4 → Mg17Al12。Fe元素的存在形式为Al–Fe化合物,仅有Al2Fe先于α-Mg相析出,并在α-Mg凝固初期稳定存在。由此总结并明确提出Fe元素孕育细化机制:对于含Fe杂质元素的Mg–Al系合金,先析出的Al2Fe颗粒为α-Mg晶粒提供有效的异质形核基底,促使晶粒细化。
研究论文
通过引入双模态组织和织构再取向工艺来提高AZ31镁合金的室温弯曲性能
何超, 张逸冰, 袁明, 蒋斌, 王庆航, 柴炎福, 黄光胜, 张丁非, 潘复生
2022, 29(7): 1322-1333. doi: 10.1007/s12613-021-2384-1
摘要:
变形镁合金由于其较强的基面织构,在室温条件下通常表现出很差的弯曲成形性能。本文通过预压缩和退火(PCA)工艺引入双模态组织,显著提高了AZ31合金板材的弯曲成形性能,在60°的V形弯曲模具下,其最终成形角度从112°提升到68°。这种工艺使强基面织构向轧制方向(RD)偏移,导致在RD拉伸应力条件下具有更高的基面滑移施密特因子(SF)。此外,在PCA工艺的退火过程中,应变诱导晶界迁移引起变形晶粒的异常生长,导致晶粒粗化;退火过程的退孪生机制导致细小晶粒的产生;这种再结晶机制的差异导致了PCA试样中双模态组织的产生。而双模态组织的引入打乱了初始热轧AZ31B合金板材的变形带(DBs)的分布,使弯曲试样的外侧拉伸区域的应变分布更加均匀,同时粗大晶粒中产生大量拉伸孪晶。基面滑移和拉伸孪晶的同时产生能更好的协调弯曲试样外侧的拉伸应变。因此,双模态组织、基面织构的偏移和变形带的重新分布是AZ31合金弯曲性能显著提高的主要原因。
研究论文
弯曲变形和拉伸变形对Mg–Zn–RE–Zr合金织构演变和拉伸成形性能的影响
Yuya Ishiguro, Xinsheng Huang, Yuhki Tsukada, Toshiyuki Koyama, Yasumasa Chino
2022, 29(7): 1334-1342. doi: 10.1007/s12613-021-2398-8
摘要:

本文在初始具有横向 (TD) 分裂织构的 Mg–1.3wt%Zn–0.2wt%RE–0.3wt%Zr (ZEK100) 合金板材上进行了弯曲和拉伸变形,研究了弯曲和拉伸变形对试样织构形成和室温可成形性的影响。经受过3次弯曲和拉伸变形的试样表现出极好的 Erichsen 值,达到了 9.6 mm。然而,在经过7次变形的试样中,研究观察到 Erichsen 值的下降。随着变形次数的增加,样品表面上形成轧制方向的分裂织构。相反,清晰的横向分裂纹理保留在试样中心部分。结果表明,随着变形次数的增加,样品在宏观上形成了四极纹理。四极结构的形成降低了材料的各向异性,这是拉伸成形性提高的主要原因。相比之下,表面附近粗晶粒的产生是经受7次变形的试样拉伸成形性下降的直接原因。

研究论文
通过斜坡挤压实现Mg–3Al–1Zn合金板材力学性能的显著提升
杨华宝, 柴炎福, 蒋斌, 何超, 何俊杰, 杨青山, 袁明
2022, 29(7): 1343-1350. doi: 10.1007/s12613-021-2370-7
摘要:
本文设计及采用了一种新型的挤压方法——斜坡挤压(SE),成功制备了AZ31镁合金板材。将其与采用常规挤压方法(CE)制备的AZ31板材,从组织、织构和室温力学性能等三方面进行综合比较。最终结果表明:由于在挤压前通过电火花线切割的方式成功在坯料中引入了倾斜界面,进而在挤压过程中会产生更多的不对称变形和沿板面方向更强的累积应变,故而经过斜坡挤压后的板材,其晶粒尺寸得到了显著的细化(平均晶粒尺寸从9.1 μm 下降至 7.7 和 5.6 μm),基面织构强度获得了明显提升(织构强度从11.5 mrd 增加至 19.8 mrd 和 25.4 mrd)。因此,经过斜坡挤压后的AZ31镁合金板材,其屈服强度(YS)和极限抗拉强度(UTS)均高对应常规挤压方法(CE)制备的AZ31板材,这主要是晶粒细化和织构强化的协同作用所导致。
研究论文
轴向预应力对挤压AZ31镁合金自由端扭转力学性能的影响
李群, 孟丹, 付志昌, 赵辉, 杨冲, 彭艳, 石宝东
2022, 29(7): 1351-1360. doi: 10.1007/s12613-022-2417-4
摘要:
大塑性变形通常发生在工业实际成形过程中。与单轴拉伸/压缩相比,扭转是研究大变形下力学行为的一种更有效的方法。然而,镁合金大应变扭转的力学响应对初始织构和孪晶很敏感。本文对挤压AZ31合金进行了拉伸和压缩实验,并采用保载和卸载两种方式获取轴向预应力,以引入位错和孪晶。随后,进行了扭转实验以明确孪晶和位错对后续变形响应的影响。在粘塑性自洽(VPSC)模型的基础上探讨了相应的显微组织和变形机制。模拟了实验观察的应力应变响应和极图。研究发现,孪晶对塑性变形的贡献较小,导致在纯扭转和预拉伸后扭转下,织构方向的变化很小。滑移/孪晶系统的活动和力学性能受到不同初始织构和滑移系启动条件的影响。此外,拉伸-扭转应力状态有利于减少织构强度。
研究论文
错距旋压AZ31镁合金管材的微观组织演变及耐蚀性能
郑凡林, 陈洪胜, 张媛琦, 王文先, 聂慧慧
2022, 29(7): 1361-1372. doi: 10.1007/s12613-021-2396-x
摘要:
本文采用强力错距正旋技术制备了AZ31镁合金管材,结合电子背散射衍射和透射电镜研究了其微观结构演变,并通过电化学腐蚀试验分析了管材的耐蚀性能。结果表明:经第三道次旋压后,沿AZ31镁合金管壁厚方向的晶粒明显更均匀且更细小。随着旋压道次的增加,孪晶数量先增加后减少,而小角度晶界的变化趋势则与孪晶的相反。随着总旋压变形量的增加,变形织构先增加且{0001}晶面的c轴逐渐向管材的轴向偏转,然后变形织构降低且晶粒的取向变得更随机。在第一道次和第二道次旋压过程中,晶粒细化的主要机制为孪晶诱导的动态再结晶和晶界弓出形核长大;而第三道次变形中管材的晶粒细化机制则为高温动态回复,其微观组织以亚结构为主。经过旋压变形后,由于孪晶和高密度位错的共同作用,AZ31合金管的耐蚀性降低。
研究论文
不同应变速率下AZ80镁合金的高温力学性能
刘文君, 蒋斌, 向宏陈, 叶青, 夏胜奇, 陈嗣强, 宋江凤, 麻彦龙, 杨明波
2022, 29(7): 1373-1379. doi: 10.1007/s12613-022-2456-x
摘要:
AZ80作为典型的商用变形镁合金之一,由于强度高而广泛应用于挤压型材和大型锻件,充分认识其在热加工过程中的变形特性具有重要的理论意义和应用价值。目前,AZ80镁合金的热变形行为研究主要集中于150–400°C的温度范围,有关合金在400–450°C之间的热变形行为研究非常有限,更不用说高于 450°C。合金在高温下(特别是固相线温度附近)的变形是一个非常复杂的过程,在进行流变应力分析时,还需要考虑涉及脆性温度区间的零强度和零塑性。同时,材料的热变形行为不仅受变形温度影响,也受变形速率影响。本文运用Gleeble 1500D热模拟机对AZ80变形镁合金进行了450–525°C温度范围内不同应变速率的高温性能研究,并采用显微组织观察、断口形貌分析和热力学计算的方法研究了不同温度和应变速率下的合金组织特征(晶粒尺寸、第二相)、断裂方式,以及固液相变化规律。研究结果表明,应变速率为0.15 s−1时,AZ80镁合金的零塑性出现在500°C,当应变速率增加至3.0 s−1,合金的零强度和零塑性同时出现在525°C。较低的应变速率加速了合金零塑性的到来。随着温度的升高,合金的失效形式逐渐由穿晶断裂发展为解理断裂。当温度进一步升高,合金中的液态含量达0.03mol%–0.13mol%时,出现沿晶断裂,断口表面出现冰糖状形貌和熔化痕迹。断面上Mg17Al12随温度和应变速率增加,析出量增多,晶界析出更明显。Mg17Al12 和 Al8Mn5 粒子的低熔点复合物的存在是 AZ80 镁合金在高温下脆性断裂的主要原因。在合金断口表面出现糖样晶粒和熔合痕迹。
研究论文
Li含量对挤压态Mg–1Zn合金显微组织与力学性能的影响
赵俊, 蒋斌, 王庆航, 袁明, 柴炎福, 黄光胜, 潘复生
2022, 29(7): 1380-1387. doi: 10.1007/s12613-021-2340-0
摘要:
Li元素的添加被认为是提高镁合金室温塑性和成形性的有效方法。本文通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和背散射电子衍射仪(EBSD)研究了Li含量对挤压Mg–1Zn–xLi (x = 0、1、3和5,质量分数,wt%)合金板材的显微组织、织构和拉伸性能。结果表明,随着Li含量的增加,挤压板材的平均晶粒尺寸逐渐长大,并形成了新的沿横向(TD)倾斜的织构和< 101̅0 >平行于挤压方向的织构。主要原因是由于挤压过程中加快了动态再结晶行为和更多的柱面滑移被激活启动。Li的添加无法形成了新的颗粒相。拉伸性能结果表明,Li的添加降低了挤压Mg–1Zn–xLi合金板材的屈服强度,这主要是由于晶粒粗化和织构弱化。此外,Li的添加显著提高了Mg–1Zn–xLi板材的塑性。相比于Mg–1Zn合金板材,Mg–1Zn–5Li合金板材沿TD方向拉伸时延伸率为30.3%,整整提高了三倍。主要原因是由于在室温拉伸过程中更多的柱面滑移被激活启动。本研究可为开发高塑性、低密度的Mg–Zn–Li基合金提供新的思路。
研究论文
高成形性镁合金板材的成分优化
曾卓然, 边明哲, 徐世伟, 唐伟能, Chris Davies, Nick Birbilis, 聂建峰
2022, 29(7): 1388-1395. doi: 10.1007/s12613-021-2365-4
摘要:

镁是最轻的金属结构材料。然而,镁合金板材具有织构强,室温成形性差的瓶颈难题,限制其广泛应用。虽然研究发现在Mg–Zn–Zr合金体系同添加钙或钆能弱化织构,提高成形性,但这两种元素添加后对的效果尚未有过系统比较和研究。本文旨在展现微合金添加钆和钙对于显微结构和力学性能的影响规律。本文发现,Mg–Zn–Gd–Zr 与 Mg–Zn–Ca–Zr轧板有类似的弱织构,但是Mg–Zn–Gd–Zr轧板的延伸率和成形性高于Mg–Zn–Ca–Zr。当在Mg–1Zn–0.5Zr合金中添加0.4wt%钆、0.2wt%钙时能获得最高的室温延伸率,其深冲成形性可以和铝合金板材6016相媲美。当钙的含量从0.2wt%提升至0.5wt%后,合金板材的延伸率与成形性下降,其主要原因是钙的过量添加导致了晶界脆化,降低了晶界韧性从而裂纹容易从晶界处萌生并扩展。

研究论文
低成本高强韧性兼备的Mg−Al−Ca−Zn−Mn变形合金
杨坤, 潘虎成, 杜森, 李曼, 李景仁, 谢红波, 黄秋燕, 莫华均, 秦高梧
2022, 29(7): 1396-1405. doi: 10.1007/s12613-021-2395-y
摘要:
本文研究了一种新型低成本兼具高强度和高塑性的Mg–Al–Ca–Zn–Mn合金。挤压态Mg–1.3Al–1.2Ca–0.5Zn–0.6Mn (wt%)合金表现出了高的强度,屈服强度达到411 MPa,同时具有优异的塑性,延伸率达到8.9 %。微观组织表明,Mg–Al–Ca–Zn–Mn合金的高强度主要与超细的动态再结晶晶粒有关,同时还与未再结晶区内高密度的残余位错以及α-Mg基体中析出的高密度纳米析出相有关。合金的高塑性可以归因于高体积分数且具有随机取向的动态再结晶晶粒,以及在未再结晶区内形成的高密度亚晶组织。
研究论文
三维双连续 Ti2AlNx MAX 相增强镁基复合材料的制备及性能研究
陈宛彤, 于文波, 张鹏程, 皮旭锋, 马超胜, 马国政, 张林
2022, 29(7): 1406-1412. doi: 10.1007/s12613-022-2427-2
摘要:

本文采用无压浸渗法将 Mg 浸渗到多孔Ti2AlNx (x = 0.9, 1.0) 预制体中,制备了N缺位Ti2AlN MAX相增强的三维双连续网络结构的镁基复合材料。将二维和三维表征相结合,讨论了其力学性能镁基复合材料。将二维和三维表征相结合,讨论了其力学性能与显微组织的关系。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜分析,未发现预制体中有杂质相。三维重构结果表明,Ti2AlNx预制体为疏松多孔结构,孔洞分布均匀,内部为连续互通的网络结构,是熔融态Mg进入预制体内部的主要通道。研究发现,Ti2AlNx中的N空位和晶粒尺寸效应导致复合材料的力学性能降低,尤其是压缩屈服强度和显微硬度。Ti2AlN0.9/Mg的压缩屈服强度和显微硬度分别为353 MPa和1.12 GPa,分别比Ti2AlN/Mg低了8.55%和6.67%。复合材料中连续的骨架结构和较强的界面结合强度,使得塑性Mg基体有效阻止了Ti2AlNx中的裂纹的扩展。此外,压缩试验结果表明,Ti2AlN和Mg间没有发生界面脱粘,两者均有效地参与了变形,Ti2AlN相出现了典型的分层,Mg发生强烈的塑性变形。因此,本研究表明,可以通过控制Ti2AlN中的N缺位和层次结构来调节Ti2AlN/Mg复合材料的力学性能。

研究论文
利用表面纳米化技术改善AZ31镁合金的弯曲性能
Jianyue Zhang, Xuzhe Zhao, 孟德安, Qingyou Han
2022, 29(7): 1413-1424. doi: 10.1007/s12613-022-2414-7
摘要:

镁合金因为其低密度和高比强度,成为新一代的结构材料。对比钢铁和铝合金,镁合金板材的弯曲成型性能相对较差。对于如何提高其成型性能成为了近年来的研究重点。表面纳米化是一种有效提高镁合金强度和表面硬度的手段,然后镁合金在表面纳米化之后,其塑性会明显降低,从而影响成型性能。 本文通过超声喷丸的方式,在镁合金的表面制备了不同厚度(51–145 µm)的纳米层,研究了表面纳米化之后的AZ31镁合金板材的V型弯曲性能。通过研究发现,双面纳米化处理的镁合金表现出和未处理相近的弯曲性能。同时,单面处理的板材表现出优于未处理板材的弯曲性能。当纳米层在弯曲过程中位于单侧处理的板材的内测,其改变了板材中性层在弯曲过程中的外移趋势,从而提高了弯曲性能,研究表明这种提高是非常有限的。在超声喷丸5 min处理的板材中,其中性层偏移最少,更厚的纳米层使得中性层偏至板材内测,从而降低弯曲性能。当纳米层在弯曲过程中位于板材的外层时,板材的弯曲性能也得以提高并且提高程度随着纳米层厚度的增加而增加。这是因为纳米材料在弯曲过程中导致了应力应变的再分布。在板材外层增加纳米层后,其弯曲顶端得到了应力更大应变更小的一种分布情况,而这种分布有利于纳米化后的板材的弯曲,从而阻止了裂纹的产生,提高了弯曲性能。

研究论文
纳米SiO2部分取代氧化石墨烯作为水基润滑添加剂在镁合金/钢界面的摩擦学性能研究
谢红梅, 戴甲洪, 周丹
2022, 29(7): 1425-1434. doi: 10.1007/s12613-022-2465-9
摘要:
氧化石墨烯是一种摩擦学性能优异的水基润滑添加剂,近年来受到国内外学者的广泛关注。然而,高的生产成本限制了氧化石墨烯的广泛应用。因此,本文拟采用成本低廉,润滑性能优异的纳米SiO2部分取代氧化石墨烯制备氧化石墨烯/SiO2复合水基润滑液,采用摩擦磨损试验机研究两种纳米材料在去离子水中的比例对镁合金/钢体系中摩擦系数和磨损体积的影响。结果表明,在本文测试条件下氧化石墨烯/SiO2复合水基润滑液相对于纯氧化石墨烯水基润滑液和SiO2水基润滑液具有低的摩擦系数。针对承载能力测试,所有的润滑液在载荷1 N和3 N的测试条件下具有低的磨损体积。随着载荷的增加,不同润滑液的抗磨损性能具有较大的差别。在载荷5 N和8 N的测试条件下,氧化石墨烯/SiO2复合水基润滑液的磨损体积相对于纯氧化石墨烯水基润滑液分别下降了50.5%和49.2%。氧化石墨烯/SiO2复合水基润滑液在严苛的摩擦实验测试条件下相对于纯氧化石墨烯水基润滑液磨损体积下降了46.3%。实验结果为镁合金碳基复合水基成形润滑液的设计和制备提供了新的思路。
特约综述
镁及其合金中磷酸盐基转化膜的研究进展
Debasis Saran, Atul Kumar, Sivaiah Bathula, David Klaumünzer, Kisor K Sahu
2022, 29(7): 1435-1452. doi: 10.1007/s12613-022-2419-2
摘要:
镁(Mg)及其合金具有轻量化、生物相容性和高强度重比等特点,适用于航空航天、汽车、医疗等行业,但是它们对腐蚀的高敏感性,限制了它们的可用性。 目前,主要采用涂层或保护膜等表面处理技术来提高镁及其合金的防腐蚀性是一种常见且有效的手段。其中,化学转化膜 (CCs) 是通过金属基体与腐蚀液发生化学反应而形成的一种保护膜,因此,它与其他类型的保护膜或涂层有着根本的区别,是一种特殊的类型。常见的化学转化膜中铬酸盐基CCs的性能优于磷酸盐基CCs,但它们会释放致癌的六价铬离子(Cr6+)。 故此,磷酸盐基CCs被认为是一种经济、环保的替代品之一。 本文主要关注不同类型的磷酸盐基CCs,如锌、钙、镁、钒和锰的磷酸盐,以及磷酸盐–高锰酸盐。 重点讨论了它们的作用机理、现状、预处理方法以及pH、温度、浸泡时间、镀液成分等参数对各类磷酸盐基转化膜性能的影响。 阐述了磷酸盐化学转化膜技术面临的一些挑战和未来的研究方向。
研究论文
碳酸盐添加剂对Mg–9Li–3Al合金等离子电解氧化涂层显微组织和耐蚀性的影响
靳思远, 马晓春, 巫瑞智, 李廷取, 王甲秀, Boris L Krit, 侯乐干, 张景怀, 王桂香
2022, 29(7): 1453-1463. doi: 10.1007/s12613-021-2377-0
摘要:

等离子电解氧化技术因其工艺简单、电解液环保、硬度高、涂层结合力等优异性能而受到广泛关注。但由于强放电和气体的逸出造成涂层多孔,在长时间的腐蚀过程中很容易丧失对基体的保护能力。因此将碳酸盐添加到硅酸盐体系电解质中以提高 Mg–9Li–3Al (wt%, LA93) 合金上等离子电解氧化涂层的耐腐蚀性。采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射和X射线光电子能谱研究了碳酸盐对涂层形貌、结构和相组成的影响。涂层的耐腐蚀性通过电化学实验、析氢和浸渍试验来评价。结果表明,碳酸盐的加入导致涂层更致密,硬度增加,并形成了耐腐蚀的Li2CO3相。电化学实验表明,与不含碳酸盐的涂层相比,碳酸盐涂层的腐蚀电位正移(24 mV),腐蚀电流密度降低了约一个数量级。添加碳酸盐的涂层具有较高的耐腐蚀性和长期保护能力。

研究论文
构建负载于石墨烯纳米片的FeOOH纳米粒子用于改善氢化镁的储氢性能
宋孟臣, 张刘挺, 郑家广, 于子冬, 王胜男
2022, 29(7): 1464-1473. doi: 10.1007/s12613-021-2393-0
摘要:
氢能具有热值高、零碳排放和来源丰富等优点,被认为是一种能有效替代化石燃料、实现碳中和目标的能源载体。然而,安全高效的储氢技术仍然是大规模应用氢能的关键挑战之一。氢化镁(MgH2)因其储氢量高(7.6wt%)、可逆性好而备受关注。本工作采用水热法成功制备了石墨烯纳米片负载的FeOOH纳米点(FeOOH NDs@G),并通过机械球磨法将其掺杂到MgH2中。研究结果表明, MgH2–10wt%FeOOH NDs@G复合材料在229.8°C开始放氢,比纯MgH2的放氢温度降低了106.8°C。在3.2 MPa的氢气压力下,完全放氢的MgH2–10wt%FeOOH NDs@G样品可在200°C、60 min内吸收6.0wt%氢气。加入FeOOH NDs@G后,MgH2的放氢活化能和吸氢活化能分别降至125.03和58.20 kJ·mol–1 (纯MgH2的脱氢活化能分别为156.05和82.80 kJ·mol–1)。此外,MgH2 –10wt%FeOOH NDs@G复合材料的储氢容量在20次循环后仍保持初始容量的98.5%,表现出良好的循环稳定性。FeOOH NDs@G对MgH2的催化作用归因于石墨烯纳米片与原位生成的Fe之间的协同作用,在阻碍Mg/MgH2颗粒团聚的同时加速了氢的扩散速率,从而使MgH2–10wt%FeOOH NDs@G复合材料展现出良好的储氢性能。