Rôle de la couche superficielle nanograinée à gradient sur le comportement à la corrosion de l'alliage d'aluminium 7075

Sep 11, 2023

npj Materials Degradation volume 6, Numéro d'article : 62 (2022) Citer cet article

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Les structures nano-grains dégradées constituent une technique prometteuse pour éviter le compromis résistance-ductilité dans les métaux et les alliages. Par conséquent, dans ce travail, l’effet du traitement d’attrition mécanique de surface (SMAT) sur la microstructure et le comportement à la corrosion de l’alliage d’aluminium à haute résistance a été étudié. SMAT a été réalisé à température ambiante et dans des conditions d’écoulement d’azote liquide (LN2) pour générer deux microstructures à gradient initial distinctes. Des tests de polarisation potentiodynamique, de spectroscopie d'impédance électrochimique et de corrosion intergranulaire ont été réalisés. La caractérisation des films de surface d'échantillons non traités et traités a été réalisée à l'aide de techniques de spectroscopie photoélectronique à rayons X et de spectroscopie de masse d'ions secondaires à temps de vol. Le résultat révèle des changements microstructuraux significatifs dans les échantillons traités par SMAT, tels que la formation de précipités et la dissolution des phases inhérentes. De plus, un taux de dissolution anodique réduit a été observé avec les échantillons traités par SMAT. De plus, la caractérisation du film de surface a révélé un film d’oxyde plus épais enrichi en Cu et SiO2 dans les échantillons SMAT.

La nanostructure à gradient (GNS), une classe de matériaux hétérostructurés, a retenu une attention considérable dans la communauté des matériaux en raison de sa capacité à combiner résistance et ductilité élevées sans altérer la composition globale de l'alliage1,2,3,4. Ces propriétés sont dérivées du renforcement et de l’écrouissage induits par l’hétéro-déformation par l’interaction synergique entre les zones dures et molles5,6. Les matériaux GNS ont également montré une amélioration prometteuse des propriétés sensibles à la surface telles que la fatigue, l'usure, la fatigue-corrosion et le comportement à la corrosion des matériaux7,8,9,10. Même avec plusieurs avantages, l'applicabilité de ces matériaux n'a pas atteint son plein potentiel en raison des limitations du traitement d'échantillons en vrac dont la microstructure est contrôlée pour les propriétés mécaniques6,10,11.

La structure nano-grainée à gradient, comme son nom l'indique, consiste en une structure de surface de grains nanocristallins dont la taille augmente progressivement à mesure que l'on s'éloigne de la surface. En particulier, la nanocristallisation de surface (SNC) avec les nanograins à la surface peut être obtenue grâce à diverses techniques de déformation plastique sévère telles que le traitement d'attrition mécanique de surface (SMAT)12, le grenaillage par ultrasons13, le sablage14, le choc laser (LSP)15 et le grenaillage rapide. plusieurs rotations roulantes16. Parmi ceux-ci, le SMAT s'est avéré efficace pour produire la plus petite taille de grain possible à la surface libre et un gradient appréciable de plusieurs centaines de microns en profondeur dans la majeure partie de l'échantillon. Ce gradient se forme à la suite des impacts hertziens dynamiques du milieu de broyage sur la surface libre de l'échantillon, qui induisent une valeur de déformation cumulativement élevée. Généralement, les supports de broyage utilisés lors du SMAT sont composés d'une chimie différente de celle de l'échantillon sous-jacent à traiter17. La physique et la nature des impacts se produisent des millions de fois, introduisant ainsi un moyen de transfert de matière. C'est-à-dire que les impacts répétitifs à haut débit et l'élévation locale de la température fournissent un environnement dans lequel les coefficients de diffusion atomique et la réactivité chimique sont améliorés, facilitant ainsi la création d'alliages à la surface libre de l'échantillon. Si elles sont conçues correctement, la réactivité élevée de la couche superficielle et la diffusion aisée des éléments d’alliage à travers les joints de grains des nanograins constituent un moyen efficace de créer un revêtement résistant à la corrosion avec une microstructure favorable12,18. Par exemple, la température à laquelle le SMAT est effectué a été corrélée au degré de raffinement des grains à la surface libre ainsi qu'à la profondeur du gradient formé . Cela s'avère également vrai en ce qui concerne le degré de contaminant et son mélange avec le matériau de base. En particulier, le SMAT à température cryogénique a montré une réduction plus importante de la taille des grains dans le cuivre pur en raison d'un changement du mode de déformation sous-jacent19. Outre la cryo-SNC, les alliages préparés par d'autres traitements thermomécaniques cryogéniques tels que le cryo-laminage24 et la cryo-extrusion25 ont montré une résistance et une ductilité améliorées par rapport à leurs homologues traités à température ambiante. En grande partie, le traitement SMAT a été réalisé dans un cadre universitaire sur des géométries simplifiées à petite échelle telles que des plaques plates. Cependant, des versions récemment modifiées de l'équipement de traitement SMAT utilisant des vibrations acoustiques par rapport aux secousses traditionnelles des changements permettent d'appliquer le SMAT aux tubes/cylindres et même aux fils fins9,26,27. D'autres modes de réalisation d'équipements de traitement SMAT ont utilisé des techniques de brunissage montées sur des machines à commande numérique par ordinateur pour permettre une flexibilité encore plus grande, permettant potentiellement un traitement in situ des pièces2,28,29. Bien que des systèmes industriels tels que la technologie MELDTM30 aient été développés pour traiter des pièces à plus grande échelle et plus complexes, l’intégration de cette technologie en est encore à ses balbutiements dans les applications industrielles.