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研究背景

点蚀是制约海洋工程、石油化工等领域关键装备安全服役的核心腐蚀问题之一。传统耐蚀合金（如不锈钢、钛合金等）的耐点蚀性能经过长期优化已接近瓶颈，但在实际服役环境中仍常难以满足要求。高熵合金（HEAs）因其多主元固溶的结构特征，为耐蚀合金设计提供了全新平台。从钝化膜角度，高熵合金可在保持单相均匀结构的基础上大量添加耐蚀元素，且晶格畸变和局域化学复杂性可提供异质能量波动，促进钝化膜形核与生长。从蚀坑生长角度，高熵合金可突破传统合金中“溶解抑制元素”含量不足的限制，抑制亚稳点蚀向稳定点蚀转变。然而，当前耐蚀高熵合金的设计仍多沿用传统合金的单机制钝化策略，导致高熵合金与传统合金相比在耐蚀领域并未发挥出明显优势。

本文亮点

图文解析

图1. 高熵合金的设计与微观结构表征

图2. 高熵合金的电化学腐蚀性能及与其他合金对比

图3. 高熵合金的电化学阻抗谱结果及与其他合金对比

图4. 高熵合金钝化膜的电子功函数与能带结构

图5. 高熵合金的Mott-Schottky曲线与缺陷密度分析

图6. 高熵合金钝化膜成分分析

图7. 高熵合金钝化膜微观成分及结构分析

图8. 高熵合金钝化膜纳米尺度不均匀性分析

图10. 高熵合金的点蚀机理示意图

总结与展望

本研究提出了一种同步增强钝化膜稳定性与原子间键能的合金设计新策略，据此设计了Ti46.1Zr23.1Nb15.4V15.4高熵合金。该合金在模拟海水溶液中点蚀电位高达9.907 VSCE，创合金体系纪录。其卓越性能源于双重协同机制：一方面，Ti富集的非晶钝化膜经Nb、V掺杂优化后缺陷密度显著降低，有效抑制点蚀萌生；另一方面，高金属-金属键能（如Nb-V键（–2.224 eV）强度为Ti-Ti键的1.42倍），大幅提升合金溶解能垒、降低溶解电流密度，阻止亚稳态点蚀向稳态转化。此外，合金经8000小时浸泡后阻抗模量仍稳定超过105 Ω cm2，表面无可见蚀坑，展现出优异的长期服役耐久性。该“双增强”设计策略打破了传统合金依赖单一钝化机制的局限，为开发新一代高性能耐蚀合金提供了全新思路。未来可将这一策略拓展至其他合金体系，并结合高通量实验与机器学习加速耐蚀材料的发现与优化。

作者介绍

非晶及高熵合金涂层课题组：该课题组成立于2002年，隶属于中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心序构金属材料研究部，由王建强研究员担任组长。主要研究方向涉及亚稳合金（非晶及高熵）的成分设计与开发，耐蚀耐磨非晶合金涂层的设计与开发，熔覆层工艺过程数值模拟与仿真，以及增材修复与防护等领域。该课题组已获省部级奖励4项，发表SCI论文200余篇，被引用次数超过 5500 余次，授权发明专利 30 余项，非晶材料粉体及涂层制备技术已得到广泛应用。

王建强：中国科学院金属研究所研究员，博士生导师。以核电、海洋装备及航空航天材料需求为背景，在新型亚稳材料领域，研发出卓越抗氧化高熵合金、模铸超高强铝基非晶块体材料，以及兼具低成本、耐腐蚀、抗辐照等特性的Fe基非晶合金粉末及涂层材料，实现了从基础理论、制备工艺、性能调控及应用等方面的创新性突破。相关成果在Advanced Science、Acta Materialia、Physical Review Letters、Journal of Materials Science & Technology、Corrosion Science等期刊上发表了200余篇高水平论文，授权国家发明专利15项。主持国家自然科学基金重点、国际合作、面上以及国家部委项目20余项。获2021年度辽宁省自然科学二等奖（排名第一），沈阳市“高层次领军人才”。现担任国际刊物《Metals》副主编，中国电器工业协会非晶合金应用分会副理事长。

王德斌：中国科学院金属研究所特别研究助理，主要从事海洋、核电、航空航天等极端环境用高耐蚀合金及涂层的设计及使役行为研究工作，相关成果在Acta Materialia、Journal of Materials Science & Technology、Corrosion Science、Surface and Coatings Technology等期刊上发表了20余篇高水平论文，授权国家发明专利1项，主持国家自然科学基金青年科学基金项目[C类]、 中国博士后科学基金面上资助等项目。

课题组主页：http://www.imr.cas.cn/yjtd/AACHEA/