微生物腐蚀环境下7075铝合金超低温双增强的微观结构演化机制研究

为解决海洋工程中7075铝合金在微生物腐蚀(MIC)环境下的局部腐蚀加剧、涂层剥落等问题，研究人员通过超低温深冷处理(DCT)结合梯度结构加工技术，系统探究了该合金在海水/沉积物环境中的微观结构演化规律。研究发现不同DCT时长(1/5/9天)显著影响η'相分布与晶界析出状态，其中DCT-5样品通过形成均匀纳米析出相和压缩残余应力，使腐蚀速率降低40%。该研究为海洋装备用铝合金的腐蚀防护提供了新思路。

　　

在波涛汹涌的海洋环境中，铝合金材料正面临着一场看不见的"微生物战争"。作为船舶甲板、舱室结构的关键材料，7075铝合金虽具有轻质高强的优势，却难以抵御海洋微生物的"集体攻势"——在高盐、高湿、富氧的复杂环境中，微生物腐蚀(Microbial Influenced Corrosion, MIC)会导致材料表面出现局部腐蚀加剧、钝化膜失效等问题，严重威胁海洋装备的安全服役。更棘手的是，传统表面改性技术如超声表面滚压(USRP)难以应用于复杂构件，而热处理和微量元素添加又存在工艺控制困难、可能引发晶间腐蚀等新问题。

针对这一技术瓶颈，广东海洋大学的研究团队独辟蹊径，将目光投向超低温深冷处理(Deep Cryogenic Treatment, DCT)这一物理改性方法。他们创新性地将DCT与机械加工相结合，系统研究了7075-T6铝合金在天然海水和海水-沉积物两种典型微生物环境中的微观结构演化规律，相关成果发表在《Materials Today Communications》上。

研究采用TEM、XRD、HRTEM等先进表征手段，重点分析了不同DCT时长(1/5/9天)处理的样品在加工表面(PM)和基体(BM)区域的腐蚀行为差异。通过对比自然海水与海水-沉积物环境，首次揭示了微生物腐蚀与超低温处理的协同作用机制。

【Preparation of experimental materials】
研究选用20 mm×50 mm×10 mm的7075铝合金，经480℃/2h退火后分别进行1/5/9天的-196℃液氮深冷处理。通过控制加工参数获得梯度纳米结构，其中DCT-5样品在TEM下显示出独特的η'相(Al₃
Zr相)纳米析出网络。

【Surface analysis of microbial corrosion】
微生物腐蚀形貌分析显示：PM区域在DCT-1时出现大面积开裂和白色点状腐蚀产物，而BM区域仅见分散蚀坑。随着DCT时间延长至5天，PM区域腐蚀产物覆盖率从85%降至45%，BM区域则形成致密的Al₂
O₃
保护膜。XRD证实DCT-5样品中η'相体积分数增加12%，有效阻隔了微生物胞外电子转移。

【Conclusion】
该研究得出三大关键结论：其一，DCT通过促进η'相(Al₃
Ti/Al₃
Zr)纳米析出和晶界重构，使腐蚀电流密度降低2个数量级；其二，5天DCT处理的样品因形成均匀的纳米析出相和压缩残余应力，在海水-沉积物环境中表现最优，腐蚀速率比未处理样品降低40%；其三，机械加工产生的梯度结构可协同DCT效应，使表面硬度提升15%的同时不牺牲耐蚀性。

这项研究的重要意义在于：首次阐明了微生物腐蚀环境下超低温处理铝合金的微观结构演化规律，提出的"DCT-机械加工"双增强策略突破了传统防腐技术的局限性。特别是发现DCT-5处理能诱导形成纳米级η'相网络，这种结构既可阻碍微生物膜的形成，又能通过Al_{3Zr相的钉扎作用抑制裂纹扩展，为开发新型海洋工程材料提供了理论依据。研究还启示，通过精确控制DCT时间可以平衡材料强度与耐蚀性的矛盾，这对延长舰船装备服役寿命具有重要应用价值。}