{首页主词},&

北科大李曉剛教授團隊：含析出物的中熵合金的顯微組織和腐蝕行為！

2022-08-25 17:12:56 作者：材料學(xué)網(wǎng) 來源：材料學(xué)網(wǎng) 分享至：

中熵合金(MEA) 和高熵合金 (HEAs) 作為具有前景的結(jié)構(gòu)和功能材料，已引起廣泛關(guān)注由于其優(yōu)異的整體性能，如高抗拉強度和延展性、出色的斷裂韌性，因此受到材料科學(xué)領(lǐng)域的關(guān)注和低溫強度、耐氫脆和耐腐蝕。最近，一些MEAs / HEAs系統(tǒng)已經(jīng)被提出和開發(fā)，例如CoCrNi、CoNiV 、TiZrNbHf和TiZrNbTa。其中，面心立方（FCC）結(jié)構(gòu)的 CoNiV MEAs 表現(xiàn)出極其顯著的機械響應(yīng)，表現(xiàn)為極高的抗拉強度和屈服強度以及出色的延展性，這歸因于與其他元素相比，V 的原子半徑相對較大，導(dǎo)致嚴重的晶格畸變和較大的失配體積。此外，據(jù)報道 CoNiV 系統(tǒng)具有優(yōu)異的抗氫脆和耐腐蝕性能[20]. CoNiV系統(tǒng)因其優(yōu)異的綜合性能，未來可廣泛應(yīng)用于航空航天、機械制造、軍工裝備、石油勘探等領(lǐng)域。因此，有必要進行大量研究，進一步探索其強化方法，提高其在不同環(huán)境介質(zhì)中的抗氫脆和耐腐蝕性能。

目前，許多研究都集中在通過添加微合金元素等一系列方法進一步優(yōu)化CoNiV體系的力學(xué)性能，以及實施各種熱處理工藝，以及先進的制備技術(shù)。據(jù)報道，向 CoNiV MEA 中添加 Al 促進了具有有序體心立方 (BCC) 結(jié)構(gòu)的 L21 Heusler 相的沉淀。沿著微剪切帶精細分散和半相干的納米沉淀物有助于超高強度和延展性。營養(yǎng)師等人。認為軟 FCC 基體和硬 B2 析出物的排列在應(yīng)變過程中引起了不均勻的變形。硬B2結(jié)構(gòu)在拉伸變形過程中施加了變形約束，這可以通過幾何必要位錯的堆積來抵消。目前的研究主要集中在調(diào)整微觀結(jié)構(gòu)上。關(guān)于CoNiV 體系的微觀結(jié)構(gòu)與耐腐蝕性之間的相關(guān)性的報道很少。從本質(zhì)上講，微觀結(jié)構(gòu)演變和相變對合金系統(tǒng)的腐蝕行為產(chǎn)生了相當大的影響。同樣，也可以通過調(diào)整合金的微觀結(jié)構(gòu)和相組成來優(yōu)化耐腐蝕性。

如前所述，在 CoNiVAL x MEA 中適當添加 Al 含量已被證實對其機械性能產(chǎn)生有利影響。然而，Al添加對CoNiVAL x MEAs在氯化物溶液或酸性溶液中的耐腐蝕性的影響尚未見報道。目前對于Al在MEAs/HEAs中的耐蝕機理還沒有達成共識。在此背景下，研究添加Al對CoNiVAL x MEAs微觀結(jié)構(gòu)和腐蝕行為的影響就顯得尤為重要。

北京科技大學(xué)李曉剛教授團隊在這項工作中，研究了 Al 添加對 CoNiVAL x MEA 的微觀結(jié)構(gòu)演變和腐蝕行為的影響。(1)顯微組織觀察和XRD分析表明，Al的加入促進了B2相的析出，B2相的存在有效地抑制了晶粒的生長。(2)動電位極化曲線顯示，隨著Al含量的增加，極化曲線的陽極和陰極部分逐漸向電流密度減小的方向移動，這意味著Al添加量的增加顯著降低了CoNiVAL x MEAs的ip值，并且有效抑制陰極極化響應(yīng)。FCC相和B2相的伏打電位差表明存在微電流耦合，這表明電化學(xué)貴金屬較低的B2相作為局部陰極，而FCC基體和FCC板條作為陽極。這解釋了 CoNiVAL x MEA 通過 Al 添加的點蝕機制。此外，目前的工作可以為評估含有沉淀物的合金系統(tǒng)的耐腐蝕性提供一些指導(dǎo)。

相關(guān)研究成果以題“Tailoring microstructure and corrosion behavior of CoNiVAlx medium entropy alloys via Al addition”發(fā)表在腐蝕頂刊Corrosion Science上。

圖 1。(ad) CoNiVAL x MEA 的 SEM 圖像 (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3)。(e)不同鋁含量的 CoNiVAL x MEA 的XRD 圖譜。(f)不同 Al 含量的 CoNiVAL x MEA 的顯微硬度。

圖 2。(a) TEM 圖像（明場）顯示 CoNiVAL 0.3 MEA 的 B2 和 FCC 基體，(bc) 分別在 [011] 和 [001] 區(qū)軸的 FCC 基體和 B2 相的相應(yīng)電子衍射圖。(d) TEM 圖像顯示 CoNiVAL 0.3 MEA 的 B2 和 FCC 板條，(ef) FCC 板條和 B2 相的相應(yīng)電子衍射圖。（g）顯示 CoNiVAL 0.3 MEA 的 B2 和 σ 相的 TEM 圖像，（h）B2 和 σ 相界面處的 HRTEM 圖像，（i）取自圖像（h）的 B2 相的 FFT 圖案。

圖 3。CoNiVAL 0.3 MEA 的 EDS 映射和區(qū)域 a 和 b 中的元素含量。

圖 4。CoNiVAL x MEA 的微觀結(jié)構(gòu) (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)，分別。

圖 5。(ad) CoNiVAL x MEAs (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) 的反極圖 (IPF) 圖。(ef) 是不同晶粒尺寸的面積分數(shù)。

圖 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 含量的開路電位曲線和 (b) 動電位極化曲線。

圖 7。(a) CoNiVAl x MEAs (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) 在 3.5 wt% NaCl 溶液中不同 Al 含量的奈奎斯特圖，(b) CoNiVAl x MEAs 在 3.5 wt% NaCl 溶液中不同 Al 含量的波特圖. 實線是指擬合曲線。

圖 8。EIS光譜擬合中使用的相應(yīng)等效電路圖。

圖 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 圖。

圖 10。CoNiVAL x MEAs (x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) 在 3.5 wt% NaCl 溶液中的計算受主密度 ( N A ) 和施主密度 ( N D )與不同的 Al 含量。

圖 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)的簡單表面上形成的鈍化膜的 XPS 光譜。(a) Co 2p, (b) Ni 2p, (c)V 2p, (d) O 1 s 和 Al 2p。

圖 12。CoNiVAl x MEAs鈍化膜中Co 2p (a)、Ni 2p (b)、V 2p (c)、O 1 s (d)、Al 2p (e)的組分峰原子百分比占總強度(x = 0, 0.1, 0.2, 0.3) 在 3.5 wt% NaCl 溶液中具有不同的 Al 含量。

圖 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)簡單表面上形成的鈍化膜中的原子比。(a) O 2- /OH - , (b) Al/V。

圖 14。CoNiVAL 0.3 MEA的伏打電位圖顯示了B2相和FCC矩陣的相對電位以及對應(yīng)于（a）和（c）中虛線區(qū)域的伏打電位的線掃描數(shù)據(jù)：（ab）拋光后，（cd）在 3.5 wt% NaCl 溶液中浸泡 2 小時后。(ef) CoNiVAL 0.3 MEA 在動電位極化后的點蝕形態(tài)。