1 研究背景 隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展,對高性能材料的需求日益增長。鈦合金因其優(yōu)異的比強度、低彈性模量、卓越的耐腐蝕性和出色的耐熱性,在航空航天、石化、海洋工業(yè)以及生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而,鈦合金高昂的成本限制了其應(yīng)用范圍。為了降低成本,西安建筑科技大學的研究人員開始探索利用TC4鈦合金廢料,并通過微合金化低成本合金元素(如鐵Fe)來開發(fā)新型低成本鈦合金。這種新型合金的相組成和微觀結(jié)構(gòu)與其耐腐蝕性密切相關(guān),通過調(diào)整微觀結(jié)構(gòu)和元素分布可以優(yōu)化其耐腐蝕性能。
2 成果簡介
在這項研究中,研究人員系統(tǒng)研究了微觀結(jié)構(gòu)對Ti-Al-V-Fe-Mo合金腐蝕行為的影響,并提出了一種基于價電子理論模型的Ti-Al-V-Fe-Mo合金腐蝕行為理論。通過真空熔煉、鍛造和固溶處理,研究人員成功制備了具有層次相結(jié)構(gòu)的Ti-Al-V-Fe-Mo合金,該結(jié)構(gòu)包含微米級α相和微米級及納米級α'相。研究發(fā)現(xiàn),高密度的層次α'馬氏體在Ti-Al-V-Fe-Mo合金中表現(xiàn)出高晶界密度和Fe、Mo的弱偏聚,這有助于在合金表面形成低缺陷密度和高膜電阻的鈍化膜,以及基體中溶質(zhì)的均勻分布。這種均勻性顯著降低了點蝕腐蝕的傾向,并增強了合金的整體耐腐蝕性。
3 圖文導(dǎo)讀
圖1:(a)展示了TC4L合金鍛造工藝路線的示意圖;(b)熱處理計劃;(c)鍛造后的微觀結(jié)構(gòu);(d)本鈦合金與其他報道的商業(yè)鈦合金的生產(chǎn)成本對比。
圖2:展示了TC4L合金的微觀結(jié)構(gòu)和相組成:(a, d, g)三重微觀結(jié)構(gòu)(TM);(b, e, h)雙模微觀結(jié)構(gòu)(BM);(c, f, i)等軸微觀結(jié)構(gòu)(EM);(j)XRD圖案;(k)三個主要α(α')衍射峰的半高寬(FWHM)。
圖3:TM、BM和EM樣品的透射電子顯微鏡(TEM)結(jié)果:(a)TM的典型亮場TEM圖像;(b)BM的亮場圖像;(c)EM的亮場圖像以及對應(yīng)的選區(qū)電子衍射(SAED)圖案。
圖4:(a)不同微觀結(jié)構(gòu)TC4L合金在3.5 wt.% NaCl溶液中的開路電位(OCP)曲線;(b)在3.5 wt.% NaCl溶液中的動電位極化曲線
圖5:(a)和(b)分別為TC4L合金在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡1小時后的Nyquist和Bode圖;(c)用于擬合測量阻抗數(shù)據(jù)的等效電路;(d)基于擬合數(shù)據(jù)計算的極化電阻(Rp)值。 4 小結(jié) 本研究深入探討了低成本鈦合金的腐蝕行為,揭示了微觀結(jié)構(gòu)對合金耐腐蝕性的影響。研究人員發(fā)現(xiàn),通過優(yōu)化合金的層次相結(jié)構(gòu),可以有效提高其耐腐蝕性能。特別是,高密度的層次α'馬氏體結(jié)構(gòu)在Ti-Al-V-Fe-Mo合金中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性,這為低成本鈦合金的開發(fā)和應(yīng)用提供了重要的理論支持和實踐指導(dǎo)。研究結(jié)果不僅豐富了鈦合金腐蝕機制的理論基礎(chǔ),也為鈦合金在極端環(huán)境下的應(yīng)用提供了新的材料選擇。通過進一步的實驗驗證和工程應(yīng)用,這些發(fā)現(xiàn)有望在工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用,推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步。 文獻:https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113521 來源:材料研究進展
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