近日，我院洪悦博士基于激光增材制造特征胞状亚晶结构在氮化后的腐蚀响应行为及机理研究，以“The corrosion response of the heterogeneous nitriding structure originated from the laser additive manufactured steel”(DOI：10.1016/j.corsci.2023.11118)为题发表于国际顶级期刊《Corrosion Science》。该期刊是中科院一区Top期刊（影响因子7.720）,是材料腐蚀与防护研究领域最重要的期刊之一。

激光增材制造技术因其逐层沉积的特性极适合制造复杂异型工件，可以显著拓展工件的应用范围，受到广泛关注。目前，研究报导的激光增材制造钢件的力学性能趋于稳定甚至部分超过锻件性能，在随形水冷模具和部分汽车定制化零部件上已有初步的应用。但在规模化应用推广中，激光增材制造钢件与传统锻件一样面临耐腐蚀性能不足的困境。如何提升增材制造钢件的耐腐蚀性能，受到越来越多的关注。

马氏体时效钢广泛用于制造精密模具和航空航天零部件，其在湿热环境和沿海环境的应用需要同时提高强度和耐腐蚀性能。目前增材制造马氏体时效钢的常用后处理方法是时效析出，该方法在提高强度的同时会引发耐腐蚀性能退化的风险。这一矛盾使得增材制造马氏体时效钢在实际应用中需要寻求新的后处理方法。离子氮化作为传统钢件最常用的热表处理技术，有望同时提高增材制造马氏体时效钢的表层强度和耐腐蚀性能。然而增材制造钢件在氮化后会形成包含增材制造特征胞状亚晶结构的异质氮化结构，有别于传统制造钢件氮化后获得的均质氮化结构。由于腐蚀行为对工件组织结构特别敏感，增材制造特征胞状亚晶结构必然会对氮化结构的腐蚀行为产生新的影响，这是增材制造钢件在应用推广中遇到的新的科学问题。

研究发现，含有增材制造特征胞状亚晶结构的异质氮化结构表现出了比均质氮化结构更优异的耐点蚀性能。为了揭示异质氮化结果的腐蚀响应行为和相关的腐蚀反应机制，通过硬度测试和极化曲线测试研究了异质氮化结构和均质氮化结构在力学性能和耐腐蚀性能上的差异，借助XRD、SEM、EDS、EIS和TEM等分析检测技术从多尺度表征了异质氮化结构在腐蚀过程中的电化学参数差异、形貌变化和微结构演变。

研究结果表明：异质氮化结构和均质氮化结构均由最外层白亮子层和内部黑色子层组成，均可以同时提高增材制造马氏体时效钢件的强度和耐腐蚀性能。异质氮化结构中，增材特征胞状亚晶界面上会形成富氮的γ′相和相关的贫氮γ相。金属性的贫氮γ相增加工件中的活性点数量，并使腐蚀痕迹沿增材特征胞状亚晶界面发展。而陶瓷性的富氮γ′相能够连接在一起形成保护网，阻止腐蚀痕迹向内扩展。作为对比，均质氮化结构中，腐蚀痕迹沿马氏体板块（martensite block）界面向黑色子层扩展，导致深度达9.35微米的腐蚀坑。TEM表征证实两种氮化结构的腐蚀反应均为γ′/γ + O → MeO(N) + Me⁺(Me = Fe, Co, Ni, Mo).其中MeO(N)为FeO构型的氮氧化物，氧化越严重的位置，合金元素中Mo/Fe含量比越高。该工作可以为推进增材制造钢件在腐蚀环境的规模化应用提供灵感。

湖南工学院汽车零部件技术研究院为论文第一完成单位，洪悦博士为论文第一作者，吴远志教授为通讯作者。该工作得到了华南理工大学匡同春教授和广东省科学院新材料研究所代明江教授的指导和支持。

图1 异质氮化结构（N）和均质氮化结构（SN）的组织和性能对比。

（a）腐蚀前横截面显微组织;（b）显微硬度；（c）极化曲线；（d）极化测试后表面形貌；（e）极化测试后横截面形貌

图2 异质氮化结构在极化测试后腐蚀孔附近的横截面TEM观察结果