《Mater Charac》：表面纳米化加速铝合金中FIB诱导新相的析出

以喷丸、表面滚压为代表的表面纳米化技术可以显著提升金属材料的使役性能。例如，高强铝合金（包括2系和7系）可以达到某些钢材的强度，且材料密度只有钢材的1/3，但其耐蚀性、特别是耐晶间腐蚀能力的不足是其性能的关键短板。研究表明，表面纳米化技术通过彻底消除晶间腐蚀通道，即消除晶界析出相以及无沉淀析出带，能够显著抑制高强铝合金的晶间腐蚀，优化参数下甚至可以实现对晶间腐蚀的完全抑制。（Surfaces and Interfaces 87 (2026) 108932；Corrosion Science 257 (2025) 113364；Journal of Alloys and Compounds 1010 (2025) 177651；Materials Today Communications 42 (2025) 111611；Corrosion Science 195 (2022) 110021；Corrosion Science 130 (2018) 218-230）

获取表面纳米化前后铝合金的微观组织结构进而关联性能变化，是该领域的重要研究课题。透射电子显微镜TEM是研究材料微结构的重要手段，但样品制备方式会显著影响表征结果。当前常用制样方法包括电解双喷、离子减薄和聚焦离子束（FIB），其中FIB拥有定点取样的强大优势，将逐渐成为主流。但是，大量研究也有报道FIB、特别是常温Ga+ FIB在制样过程中会带来离子损伤，引入“人工缺陷”。

近日，中山大学孙擎擎等人通过超声喷丸处理自然时效态2024高强铝合金，并利用电解双喷与Ga+FIB两种方法分别制备了粗晶和表面纳米晶的TEM薄区。发现对于粗晶样品，两种方法获取的组织表征结果一致；在纳米晶样品中，FIB会诱导大量Al2Cu析出相形成，而电解双喷样品中并未观察到Al2Cu析出相。这些FIB诱导析出的Al2Cu并非2024铝合金表面纳米化后的本征结构，若不加分辨地采信将会带来对微结构的误判。相关结果以Effect of surface nanocrystallization on Ga+ FIB-induced precipitation in 2024 Al alloy为题发表于材料表征权威期刊《Materials Characterization》。

图1 研究结论示意图

图2（a-b）2024铝合金粗晶的SEM-ECCI图像及晶粒尺寸分布，（c-d）2024铝合金表面纳米晶的STEM-HAADF图像及晶粒尺寸分布

图3 采用电解双喷方法制备的AA2024薄膜的STEM-HAADF图像及对应的EDS元素分布结果：（a）粗晶样品，（b）表面纳米晶样品

图4（a-b）采用Ga+ FIB方法制备的AA2024粗晶薄膜的STEM-HAADF图像及对应的EDS元素分布结果，（c-d）对应于（b）中红色箭头位置的EDS线扫描结果

图5（a-b）采用Ga+FIB方法制备的AA2024纳米晶薄膜的STEM-HAADF图像及对应的EDS元素分布结果，（c-d）对应于（b）中红色箭头位置的EDS线扫描结果

图6 采用Ga+FIB方法制备的AA2024纳米晶薄膜中析出相的表征结果：（a）TEM明场图像，（b）HRTEM图像

本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢论文作者团队支持。

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