北科大李晓刚教授团队：含析出物的中熵合金的显微组织和腐蚀行为！
2022-08-25 17:12:56
作者：材料学网 来源：材料学网
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中熵合金(MEA) 和高熵合金 (HEAs) 作为具有前景的结构和功能材料，已引起广泛关注由于其优异的整体性能，如高抗拉强度和延展性、出色的断裂韧性，因此受到材料科学领域的关注和低温强度、耐氢脆和耐腐蚀。最近，一些MEAs / HEAs系统已经被提出和开发，例如CoCrNi、CoNiV 、TiZrNbHf和TiZrNbTa。其中，面心立方（FCC）结构的 CoNiV MEAs 表现出极其显着的机械响应，表现为极高的抗拉强度和屈服强度以及出色的延展性，这归因于与其他元素相比，V 的原子半径相对较大，导致严重的晶格畸变和较大的失配体积。此外，据报道 CoNiV 系统具有优异的抗氢脆和耐腐蚀性能[20]. CoNiV系统因其优异的综合性能，未来可广泛应用于航空航天、机械制造、军工装备、石油勘探等领域。因此，有必要进行大量研究，进一步探索其强化方法，提高其在不同环境介质中的抗氢脆和耐腐蚀性能。
目前，许多研究都集中在通过添加微合金元素等一系列方法进一步优化CoNiV体系的力学性能，以及实施各种热处理工艺，以及先进的制备技术。据报道，向 CoNiV MEA 中添加 Al 促进了具有有序体心立方 (BCC) 结构的 L21 Heusler 相的沉淀。沿着微剪切带精细分散和半相干的纳米沉淀物有助于超高强度和延展性。营养师等人。认为软 FCC 基体和硬 B2 析出物的排列在应变过程中引起了不均匀的变形。硬B2结构在拉伸变形过程中施加了变形约束，这可以通过几何必要位错的堆积来抵消。目前的研究主要集中在调整微观结构上。关于CoNiV 体系的微观结构与耐腐蚀性之间的相关性的报道很少。从本质上讲，微观结构演变和相变对合金系统的腐蚀行为产生了相当大的影响。同样，也可以通过调整合金的微观结构和相组成来优化耐腐蚀性。
如前所述，在 CoNiVAL x MEA 中适当添加 Al 含量已被证实对其机械性能产生有利影响。然而，Al添加对CoNiVAL x MEAs在氯化物溶液或酸性溶液中的耐腐蚀性的影响尚未见报道。目前对于Al在MEAs/HEAs中的耐蚀机理还没有达成共识。在此背景下，研究添加Al对CoNiVAL x MEAs微观结构和腐蚀行为的影响就显得尤为重要。
北京科技大学李晓刚教授团队在这项工作中，研究了 Al 添加对 CoNiVAL x MEA 的微观结构演变和腐蚀行为的影响。(1)显微组织观察和XRD分析表明，Al的加入促进了B2相的析出，B2相的存在有效地抑制了晶粒的生长。(2)动电位极化曲线显示，随着Al含量的增加，极化曲线的阳极和阴极部分逐渐向电流密度减小的方向移动，这意味着Al添加量的增加显著降低了CoNiVAL x MEAs的ip值，并且有效抑制阴极极化响应。FCC相和B2相的伏打电位差表明存在微电流耦合，这表明电化学贵金属较低的B2相作为局部阴极，而FCC基体和FCC板条作为阳极。这解释了 CoNiVAL x MEA 通过 Al 添加的点蚀机制。此外，目前的工作可以为评估含有沉淀物的合金系统的耐腐蚀性提供一些指导。
相关研究成果以题“Tailoring microstructure and corrosion behavior of CoNiVAlx medium entropy alloys via Al addition”发表在腐蚀顶刊Corrosion Science上。
图 1。(ad) CoNiVAL x MEA 的 SEM 图像 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3)。(e)不同铝含量的 CoNiVAL x MEA 的XRD 图谱。(f)不同 Al 含量的 CoNiVAL x MEA 的显微硬度。
图 2。(a) TEM 图像（明场）显示 CoNiVAL 0.3 MEA 的 B2 和 FCC 基体，(bc) 分别在 [011] 和 [001] 区轴的 FCC 基体和 B2 相的相应电子衍射图。(d) TEM 图像显示 CoNiVAL 0.3 MEA 的 B2 和 FCC 板条，(ef) FCC 板条和 B2 相的相应电子衍射图。（g）显示 CoNiVAL 0.3 MEA 的 B2 和 σ 相的 TEM 图像，（h）B2 和 σ 相界面处的 HRTEM 图像，（i）取自图像（h）的 B2 相的 FFT 图案。
图 3。CoNiVAL 0.3 MEA 的 EDS 映射和区域 a 和 b 中的元素含量。
图 4。CoNiVAL x MEA 的微观结构 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3)。(a1-d3) 是 CoNiV MEA (a1-a3)、CoNiVAl 0.1 MEA (b1-b3)、CoNiVAl 0.2 MEA (c1-c3) 和CoNiVAL 0.3 MEAs (d1-d3)，分别。
图 5。(ad) CoNiVAL x MEAs (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) 的反极图 (IPF) 图。(ef) 是不同晶粒尺寸的面积分数。
图 6。(a) CoNiVAl x MEA (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) 在 3.5 wt% NaCl 溶液中具有不同 Al 含量的开路电位曲线和 (b) 动电位极化曲线。
图 7。(a) CoNiVAl x MEAs (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) 在 3.5 wt% NaCl 溶液中不同 Al 含量的奈奎斯特图，(b) CoNiVAl x MEAs 在 3.5 wt% NaCl 溶液中不同 Al 含量的波特图. 实线是指拟合曲线。
图 8。EIS光谱拟合中使用的相应等效电路图。
图 9。CoNiVAl x MEAs (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) 在 3.5 wt% NaCl 溶液中具有不同 Al 含量的 Mott-Schottky 图。
图 10。CoNiVAL x MEAs (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) 在 3.5 wt% NaCl 溶液中的计算受主密度 ( N A ) 和施主密度 ( N D )与不同的 Al 含量。
图 11。在 3.5 wt% NaCl 溶液中具有不同 Al 含量的 CoNiVAL x MEA (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3)的简单表面上形成的钝化膜的 XPS 光谱。(a) Co 2p, (b) Ni 2p, (c)V 2p, (d) O 1 s 和 Al 2p。
图 12。CoNiVAl x MEAs钝化膜中Co 2p (a)、Ni 2p (b)、V 2p (c)、O 1 s (d)、Al 2p (e)的组分峰原子百分比占总强度(x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) 在 3.5 wt% NaCl 溶液中具有不同的 Al 含量。
图 13。在 3.5 wt% NaCl 溶液中具有不同 Al 含量的 CoNiVAL x MEA (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3)简单表面上形成的钝化膜中的原子比。(a) O 2- /OH - , (b) Al/V。
图 14。CoNiVAL 0.3 MEA的伏打电位图显示了B2相和FCC矩阵的相对电位以及对应于（a）和（c）中虚线区域的伏打电位的线扫描数据：（ab）抛光后，（cd）在 3.5 wt% NaCl 溶液中浸泡 2 小时后。(ef) CoNiVAL 0.3 MEA 在动电位极化后的点蚀形态。
图 15。给出了不同 Al 含量 (ab)的 CoNiVAL x MEA (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) 的微观结构演变示意图，以及 CoNiVAL 0.3 MEA 在 3.5 wt% NaCl 溶液中的点蚀机理 (ef)。
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