铝铜与铝铜锂合金在氯离子溶液中的腐蚀演化机制及锂元素对动力学过程的影响研究

本研究针对航空用AA2024(Al-Cu)和AA2050(Al-Cu-Li)合金在0.01 M NaCl溶液中的腐蚀行为，通过电化学与表面科学技术揭示了点蚀主导的腐蚀机制，发现锂元素虽增加热力学腐蚀倾向但通过促进均质腐蚀产物层形成降低动力学速率，为新一代航空合金防护策略开发提供理论依据。

　　

在航空工业领域，铝合金因其优异的强度重量比成为制造机身和机翼的核心材料，其中AA2024(铝铜)和AA2050(铝铜锂)合金尤为关键。然而这些合金在含氯环境中的腐蚀问题始终是制约其使用寿命的瓶颈——即使表面存在纳米级钝化膜，金属间化合物(intermetallic particles)引发的电偶腐蚀仍会导致点蚀(pitting)和晶间腐蚀(intergranular corrosion)。更棘手的是，新一代含锂合金AA2050虽能提升机械性能，但其腐蚀行为的变化规律尚未明确。在此背景下，法国IRT-M2P和Constellium的研究团队在《Applied Surface Science》发表论文，通过多尺度表征技术揭示了两种合金在0.01 M NaCl溶液中的动态腐蚀机制。

研究采用电化学阻抗谱(EIS)、光学显微镜和表面分析技术，对72小时浸泡过程中的腐蚀行为进行追踪。AA2024和AA2050样本经机械抛光后，暴露出因金属间粒子脱落形成的活性位点。通过X射线光电子能谱(XPS)和飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)对腐蚀产物层进行成分解析。

Microscopy characterization
光学显微镜显示腐蚀始于抛光过程中脱落的金属间粒子位置，AA2024表面可见3-5 μm的S相(Al₂CuMg)颗粒，而AA2050的T₁相(Al₂CuLi)颗粒更细小且分布均匀。这种形貌差异直接影响了点蚀的发展模式。

Electrochemical analysis
电化学测试表明腐蚀机制随时间演变：初期受金属基体/电解液界面电荷转移控制，72小时后转为溶解氧在氧化层中的扩散控制。AA2050的腐蚀电流密度低于AA2024，证实锂元素通过促进形成均质氧化铝层抑制了动力学腐蚀速率。

Surface composition evolution
XPS分析发现腐蚀产物层主要含氧化铝，但AA2050表面存在锂的氢氧化物。ToF-SIMS三维重构显示AA2050的腐蚀前沿更平缓，印证了锂对腐蚀产物层均匀性的改善作用。

Conclusions
研究首次阐明锂的"双刃剑"效应：虽然增加合金热力学腐蚀倾向，但通过调控腐蚀产物层形貌显著降低动力学腐蚀速率。该发现为航空合金设计提供了新思路——通过优化锂含量可平衡机械性能与耐蚀性。在REACh法规限制铬VI使用的背景下，这项工作对开发环保型防护涂层具有指导意义。作者Maxime Magnan等强调，未来研究应聚焦于腐蚀产物层微观结构与氧扩散速率的定量关系，以及锂在钝化膜中的化学态演变规律。