预变形调控铝锂合金中Cl?吸附行为与腐蚀抗力机制的原子尺度研究

针对铝锂合金在服役中因变形-腐蚀耦合导致的失效问题，研究人员通过第一性原理计算结合实验验证，揭示了Cl?在Al3Zr相（吸附能-7.28961 eV）和Al(111)/Al3Li界面（-2.54351 eV）的优先吸附机制，发现2%预应变样品腐蚀速率最低（1.0374 mm/a），为开发高耐蚀轻量化铝合金提供理论指导。

　　

铝锂合金作为航空航天领域的"轻量化明星材料"，自20世纪50年代发展至今已迭代至第四代。尽管其具备密度低、强度高等优势，但一个致命短板始终困扰着工程师——当材料在复杂应力环境下遭遇腐蚀介质（如海洋环境中的Cl^?）时，晶界处会率先发生腐蚀并演化为点蚀，最终导致结构失效。更棘手的是，工业上为消除残余应力常采用的预拉伸工艺（<5%应变）会改变材料微观结构，但学界对预变形如何影响腐蚀抗力的原子机制仍缺乏系统认知。

针对这一关键问题，云南某研究团队在《Applied Physiology Nutrition and Metabolism》发表的研究中，创新性地将第一性原理计算与实验验证相结合。他们采用密度泛函理论（DFT）计算了Cl^?在不同晶面的吸附能，通过CASTEP软件包完成几何优化，结合广义梯度近似（GGA）和PBE泛函处理交换关联能。实验方面，借助万能试验机制备不同应变样品，采用XRD、TEM表征析出相，并通过电化学测试与SEM形貌观察分析腐蚀行为。

表面能计算与吸附位点识别
通过构建Al基体（FCC结构，a=4.0495 ?）与析出相（Al₃Li和Al₃Zr）的单元胞模型，发现Cl^?在Al₃Zr的Al位点吸附能达-7.28961 eV，而在Al(111)/Al₃Li(111)界面的吸附构型最稳定（-2.54351 eV）。这一结果从电子尺度解释了Cl^?的优先攻击位点。

应变对电子结构的影响
在1%-5%应变范围内，界面电子云分布未发生显著改变，但2%应变时Al₃Li和Al₃Zr析出相增多，晶粒细化程度提升。XRD证实该应变下析出相衍射峰强度增加，与计算结果形成呼应。

腐蚀抗力验证
电化学测试显示2%应变样品腐蚀速率最低（1.0374 mm/a），低频区相位角变化最大（10.623°→19.57°）。SEM观察到未变形样品以晶间腐蚀为主，而变形样品腐蚀坑内富集Cl^?导致表面剥落，证实应变改变了腐蚀扩展路径。

这项研究首次从原子尺度阐明了预变形影响铝锂合金腐蚀抗力的双重机制：一方面，适度应变（2%）通过促进Al₃Zr/Al₃Li析出细化晶界，增强钝化膜均匀性；另一方面，应变改变了Cl^?的吸附偏好，使其从晶界转向特定界面。该成果不仅为航空铝合金热处理工艺优化提供量化标准，更为设计新一代耐蚀铝锂合金建立了理论框架——通过调控析出相种类与应变匹配度，可实现材料在腐蚀环境中的长效防护。