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成果简介
哈尔滨工业大学黄永宪教授课题组在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Homogeneously Dispersed Graphene Nanoplatelets as Long-Term Corrosion Inhibitors for Aluminum Matrix Composites”的论文，研究实施变形驱动冶金以制备石墨烯纳米片（GNP）增强的铝基复合材料，其耐腐蚀性能随时间而自我增强。严重的塑性变形有助于 GNP 的充分破碎、变薄、折叠和再分散，以及晶粒细化。均匀分散的 GNPs 在含氯化物的环境中表现出很好的腐蚀抑制机制，这归因于通过 GNPs 与表面氧化膜之间的扩散和化学键合形成碳掺杂保护膜。进行了电化学和晶间腐蚀试验以显示长期耐腐蚀性的增强。进行第一性原理计算以探索碳掺杂保护膜的高耐腐蚀性。
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图文导读
图 1. (a) 球形纯铝粉和 GNP 在 (b) 扫描电子显微镜 (SEM) 和 (c) 透射电子显微镜 (TEM) 中的形态。
图 2. DDM 制备路线和典型样品的示意图。
图3. DDM 纯铝和具有多种制备参数的复合材料以及商业纯铝的 PDP 曲线。
图4. EIS 结果建模的等效电路。
图5. Mott-Schottky 图和供体密度的变化：(a) 曲线和 (b) 1 kHz 时的供体密度和 (c) 曲线和 (d) 10 kHz 时的供体密度。
图6. 通过能量色散光谱观察到的 GNP 的长期腐蚀抑制剂作用。
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小结
本文，研究了均匀分散的 GNP 作为长期缓蚀剂对铝基复合材料腐蚀行为的影响。应用于制备 GNP 增强铝基复合材料的 DDM 可以通过剧烈的塑性变形有效地获得 GNP 的晶粒细化和破碎/再分散，有助于复合材料的微观结构均匀性。DDM 过程中适当的转速可以抑制孔隙率和可水解化合物的形成，以避免潜在的缝隙腐蚀。没有形成 Al 4 C 3的健全复合材料发现由于形成了含 GNP 的保护性氧化膜而降低了腐蚀速率。由严重塑性变形引起的均匀分散的 GNP 有助于提高耐腐蚀性和更均匀的保护性氧化膜。证明了 GNP 与暴露时间的长期腐蚀抑制机制。与纯铝相比，较低的供体密度显示复合材料对氯离子侵蚀和电荷转移的抵抗力更好。观察到 GNP 和氧化膜共同作用以通过扩散和化学反应形成防止腐蚀的保护膜。碳原子的掺杂获得了更高的空位形成能、Cl原子的进入能垒和电荷转移的功函数，证明了GNPs的长期腐蚀抑制机制。
链接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c07148
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