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四川大學(xué)腐蝕頂刊：顯著提升耐蝕性！開發(fā)一種新型的AlCrFeMoTi高熵合金涂層

2021-06-15 15:45:05 作者：材料學(xué)網(wǎng) 來源：材料學(xué)網(wǎng) 分享至：

鉛鉍共晶（LBE）合金由于具有令人滿意的熱物理、化學(xué)和中子特性，被選為第四代LBE冷卻快中子增殖反應(yīng)堆的潛在冷卻劑材料，然而，反應(yīng)堆部件將遭受嚴(yán)重的氧化腐蝕、溶解腐蝕、侵蝕和液態(tài)金屬脆化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料嚴(yán)重退化。在上述腐蝕現(xiàn)象中，溶解和氧化是研究最多的腐蝕方式。

一般來說，減輕結(jié)構(gòu)材料腐蝕的主要策略之一是通過將氧濃度控制在合適的范圍內(nèi)以在鋼表面形成穩(wěn)定的氧化層來進(jìn)行原位保護(hù)。然而，在復(fù)雜的熱傳輸系統(tǒng)中，很難在任何地方保持目標(biāo)氧水平，隨著溫度的升高（通常高于500 ℃），氧化層將被破壞并變得不受保護(hù)。而且過厚的氧化層會(huì)脫落堵塞管道，降低管道的傳熱效率。溶解腐蝕發(fā)生在低氧濃度下，不能保證氧化層的形成，或者暴露時(shí)間過長(zhǎng)，使氧化層脫落而失效。只要沒有達(dá)到飽和，溶解腐蝕模式是通過鎳和錳等合金元素從鋼直接轉(zhuǎn)移到液態(tài)金屬來描述的。因此，尋找合適有效的防護(hù)方法來防止或減緩結(jié)構(gòu)材料的腐蝕對(duì)于發(fā)展LBE冷卻快堆至關(guān)重要。或者，通過在結(jié)構(gòu)材料的表面上沉積保護(hù)涂層進(jìn)行表面改性也是一種有效的方法。但開發(fā)能夠承受LBE冷卻快堆極端使用環(huán)境的新候選涂層材料仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

近年來，HEA因其高強(qiáng)度和硬度、優(yōu)異的耐腐蝕性、高相穩(wěn)定性、無與倫比的耐輻照性、高溫抗氧化性和寬溫度范圍的應(yīng)用而吸引了眾多關(guān)注。同樣，HEA涂料，像它的散裝同類產(chǎn)品一樣，在許多應(yīng)用領(lǐng)域也引起了越來越多的興趣。

在此，四川大學(xué)科研人員研究采用磁控共濺射技術(shù)，在鐵素體/馬氏體鋼基體上設(shè)計(jì)并沉積了一種新型HEA涂層。考慮到LBE冷卻快堆的使用要求，五種金屬元素（鋁、鉻、鐵、鉬和鈦）被有意選為涂層的主要元素，原因如下：（1）鋁、鉻、鐵、鉬和鈦在LBE的溶解度比鎳和錳低。鎳在LBE的溶解度比所選元素高2 ~ 4個(gè)數(shù)量級(jí)。即使高熵合金的緩慢擴(kuò)散效應(yīng)也不能抑制高溶解度元素在LBE的快速溶解，包括錳、鎳、鉭、鈷；（b）鋁、鉻、鈦是強(qiáng)氧化物形成元素，容易形成致密的氧化膜，耐蝕性好；添加原子半徑大于鐵和鉻的鉬、鋁和鈦（鋁0.143納米，鉻0.125納米，鐵0.124納米，鉬0.136納米，鈦0.145納米。）會(huì)增加原子尺寸失配，導(dǎo)致強(qiáng)烈的晶格畸變并增加應(yīng)變能，這有利于納米晶或非晶結(jié)構(gòu)的形成；選擇鐵和鉻是為了通過增強(qiáng)涂層和基體之間的冶金結(jié)合來提高涂層和基體之間的附著力。在確定化學(xué)成分后，系統(tǒng)地研究了靜態(tài)LBE下AlCrFeMoTi涂層的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和耐蝕性。相關(guān)研究成果以題“A novel AlCrFeMoTi high-entropy alloy coating with a high corrosion-resistance in lead-bismuth eutectic alloy”發(fā)表在腐蝕頂刊Corrosion science上。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X21002900