Comportamento alla corrosione e microstruttura dell'Al

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12855 (2023) Citare questo articolo

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Il presente studio esplora la preparazione della lega Al-10% Zn mediante il processo di colata. Nano CuO è stato preparato con il metodo della co-precipitazione. L'effetto dell'aggiunta di nanostruttura di (1% in peso di CuO) alla lega Al-10Zn è stato studiato sugli effetti della corrosione come fusione e con diverse temperature di invecchiamento (423, 443 e 463 K) per 2 ore in una soluzione acquosa di NaCl al 3,5% dopo omogeneizzazione per 2 ore a 500 K a temperatura ambiente. Sono state eseguite misurazioni elettrochimiche (OCP, Tafel ed EIS) per determinare la velocità di corrosione (CR) e la densità di corrente di corrosione (Icorr.) per scoprire il comportamento della corrosione. Inoltre, le microstrutture di Al–10Zn e Al–10Zn–1CuO sono state osservate utilizzando un microscopio elettronico a scansione, una mappatura EDX e il microscopio ottico per studiare l'effetto dell'aggiunta della nanoparticella prima e dopo l'invecchiamento e il test di corrosione. La dimensione media dei cristalli e la densità delle dislocazioni sono state calcolate dal modello XRD. I risultati mostrano che l’aggiunta appropriata di nanoparticelle di CuO può affinare la lega Al-10Zn e spostare la lega Al-10Zn verso una direzione più nobile.

L'alluminio (Al) e le sue leghe sono stati recentemente ampiamente utilizzati nelle moderne applicazioni ingegneristiche grazie alla loro elevata resistenza e leggerezza1,2. Inoltre, la loro durezza, la bassa usura e la resistenza chimica ne limitano l'uso in varie applicazioni automobilistiche, edili e aerospaziali3,4,5,6. L'alluminio puro ha caratteristiche meccaniche deboli nelle applicazioni ingegneristiche, mentre la lega e il trattamento termico possono migliorarlo. Le leghe di alluminio adeguate devono essere scelte per le applicazioni richieste considerando la loro rigidità specifica, conduttività termica, bassa densità, resistenza, formabilità, saldabilità, lavorabilità, duttilità, usura e resistenza alla corrosione7.

Esistono sempre più applicazioni per le leghe fuse costituite da matrici a base di Al e Zinco (Zn) e la loro produzione è in aumento a livello globale8.

Lo scopo principale per cui ci si concentra sulle leghe Al–Zn è che l'aggiunta di Zn provoca un valore aggiunto, migliora l'omogeneità della matrice e migliora le proprietà delle leghe di Al9. Lo Zn ha un'elevata solubilità nella matrice Al; l'aggiunta di Zn provoca una bassa distorsione del reticolo, che non ha quasi alcun impatto sulla formabilità della lega10. Le leghe Al–Zn presentano elevata resistenza, duttilità, trattabilità termica, eccellente lavorabilità/formabilità a caldo e buone proprietà di saldatura11,12. Le leghe Al-Zn hanno anche un impatto considerevole sulla loro microstruttura, essendo una lega industriale a grana fine utilizzata per creare strutture (verifica) resistenti alla corrosione ad alta resistenza per aeromobili, navi e costruzioni di veicoli13. Pertanto, è necessario supportare costantemente la matrice di Al con idonei materiali ceramici rinforzati con nanoparticelle come CuO, TiO2, SiC, SiO2, B4C e Al2O3 14,15. Sono considerati l'opzione migliore per l'Al come metallo base della matrice perché conferiscono elevata robustezza e resistenza all'usura e alla corrosione16. Le particelle ceramiche svolgono un ruolo nell'aumentare la resistenza meccanica agendo come sito di nucleazione per la solidificazione, consentendo una dimensione del grano più fine. La funzione degli elementi di lega è quella di formare una soluzione solida di lega di Al, che provoca l'affinamento della dimensione dei grani. Allo stesso tempo, il ruolo degli elementi di lega è quello di sviluppare una soluzione solida di lega di Al che provoca l'affinamento della dimensione dei grani. Esistono diversi modi per realizzare nanocompositi di leghe di Al, come lo stir casting, che funziona principalmente nella produzione dei compositi poiché produce compositi con distribuzione uniforme dei rinforzi6,17,18,19.

CuO è una delle migliori scelte per il nanocomposito a matrice Al perché presenta molti vantaggi; L'aggiunta di CuO nel materiale della matrice Al migliora la resistenza alla corrosione, la stabilità, la rigidità nelle applicazioni strutturali, in particolare per l'ingegneria aerospaziale e automobilistica, e le proprietà termiche20. CuO è stato scelto in questo studio per vari motivi, tra cui; a livello commerciale, le particelle di CuO sono state utilizzate per creare compositi a base di Al grazie alle loro proprietà meccaniche e fisiche superiori21. Basso costo, ampiamente disponibile. Il CuO ha ricevuto molta attenzione dalla ricerca grazie ai suoi numerosi usi preziosi nelle apparecchiature elettriche, comprese le celle solari, le superfici altamente idrofobiche e i sensori di rilevamento dei gas22. L'aggiunta di Cu abbassa il punto di fusione e può causare la creazione della fase Al2Cu, che aumenta la resistenza alla trazione della matrice Al21. L'ossido di nano-rame riduce efficacemente l'attrito e previene l'usura delle parti dei macchinari grazie alla sua durezza23. Le fasi Al e CuO hanno strutture e stress diversi, il che rende vantaggiosa l'aggiunta di nanoparticelle di CuO alla matrice Al. Nel punto in cui la matrice Al e le particelle di rinforzo CuO si incontrano, si crea una dislocazione. La resistenza della matrice Al, che è collegata alle dislocazioni statiche generate durante il processo di incrudimento (invecchiamento), aumenta grazie alla maggiore area superficiale delle dislocazioni create e all'aumento dell'affinamento del grano, che migliora la resistenza alla corrosione24.