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【天大】利用异质结构设计增强CoCrFeMnNi高熵合金的耐腐蚀性
发表时间:2022-11-24 阅读次数:105次

引文格式:

 

GB/T 7714      

Wang J, Zhang Z, Dai H, et al. Enhanced corrosion resistance of CoCrFeMnNi high entropy alloy using heterogeneous structure design[J]. Corrosion Science, 2022, 209: 110761.

MLA      

Wang, Jia-Pan, et al. "Enhanced corrosion resistance of CoCrFeMnNi high entropy alloy using heterogeneous structure design." Corrosion Science 209(2022): 110761.

APA      

Wang, J., Zhang, Z., Dai, H., Fujiwara, H., Chen, X., & Ameyama, K. (2022). Enhanced corrosion resistance of CoCrFeMnNi high entropy alloy using heterogeneous structure design. Corrosion Science, 209, 110761.

 

 

背景简介

高熵合金因其优异的力学性能,具有作为结构材料的巨大潜力。其中,CoCrFeMnNi高熵合金表现出优异的断裂韧性和良好的低温力学性能。然而,传统的粗晶CoCrFeMnNi高熵合金在室温下的强度相对较低。近年来,利用异质晶粒结构设计提高材料的强度-延性协同作用受到了广泛关注。与传统的粗晶或超细晶材料相比,异质结构材料通常具有不均匀的晶粒分布。因此,有必要揭示异质结构高熵合金中腐蚀性能的不均匀性。

调和结构是一种典型的异质结构拓扑,与粗晶和超细晶分布不规则的双峰结构相比,调和结构是由粗晶(“核”)和超细晶(“壳”)组成的周期性三维网状结构。以往的研究结果表明,调和结构可以改善材料的强度和延性的协同作用。然而,与异质结构材料的力学性能和变形机理相比,对其腐蚀性能的研究较少。尽管在异质结构钢的腐蚀性能方面取得了初步成果,但对异质结构高熵合金的腐蚀性能不均匀性的认识仍然不足。因此,有必要阐明异质结构高熵合金在各种应用中的腐蚀行为。

 

成果介绍

(1)通过机械球磨和放电等离子火花烧结制备了具有不同超细晶分数的调和结构CoCrFeMnNi高熵合金。由原始粉末烧结而成的样品具有等轴粗晶结构,平均晶粒尺寸为10.98 μm。机械球磨不同时间后,通过烧结形成了不同超细晶分数的调和结构样品,粗晶结构(“核”)被封闭在一个连续的超细晶三维网络结构(“壳”)中。随着球磨时间的增加,调和结构试样的壳区分数增大,分别约为22.4%、31.7%和40.5%。此外,四种试样的核平均取向误差(KAM)值相对较低,说明烧结体内部残余应力较低。

图1 烧结CoCrFeMnNi高熵合金的微观结构:(a1-3) CG, Sf= 0%;(b1-3) HS, Sf= 22.4%; (c1-3) HS, Sf= 31.7%; (d1-3) HS, Sf= 40.5%。(a1-d1) OM图像,EBSD (a2-d2) IPF和(a3-d3) KAM图像。CG -粗晶试样,HS -调和结构试样,Sf -壳区面积分数。

(2)在3.5 wt% NaCl溶液中进行了循环极化测试,可以看到所有试样的电流密度都有轻微的波动,这与表面的亚稳态点蚀有关。当外加电位超过点蚀电位时,电流密度突然增大,亚稳态点蚀转变为稳定点蚀。在反向扫描过程中,循环极化曲线上出现了正的迟滞回线,样品表面的凹坑继续扩大,且没有新的凹坑形成。点蚀电位越高,钝化膜抗点蚀性能越好。调和结构试样的点蚀电位高于粗晶试样,说明调和结构试样的钝化膜具有较强的抗氯离子侵蚀能力。此外,Sf= 31.7%的调和结构试样的点蚀电位高于Sf= 22.4%和Sf= 40.5%的试样(图2)。

图2 不同壳区分数的CoCrFeMnNi高熵合金的循环极化曲线

(3)利用Mott-Schottky理论分析钝化膜的载流子密度和半导体特性。所有试样表面的钝化膜都具有n型半导体特性。施主密度可以反映钝化膜对氯离子的亲和力和点蚀成核能力。壳区分数为31.7%的调质结构 CoCrFeMnNi高熵合金钝化膜中施主密度最低,表明其不易被氯离子破坏,具有良好的抗点蚀性能。(图3)。

图3 不同壳区分数的CoCrFeMnNi 高熵合金表面形成的钝化膜的Mott-Schottky图(a)和施主密度(b)。

 

致谢

本研究得到国家自然科学基金(52075368, 12011540001, 51605325)和日本JSPS科学研究资助项目(No. JP18H05256, No. JP18H05455)的支持。本文通讯作者:张喆(天津大学)。

本期小编:李兵兵(整理)

杨逸璠(校对)

程 航(审核)

闵 琳(发布)