引言

腐蝕被認為是實現許多工程的巨大挑戰和開發新產品和技術的主要障礙。為了滿足未來應用中對高耐久性的嚴格要求，迫切需要新的耐腐蝕合金（CRA），其具有優異的固有耐腐蝕性并且能夠承受惡劣的使用環境。高熵合金（HEAs）是一類新興的材料，它們具有很好的特性以實現這一目標。 HEA是由等摩爾組成或接近等摩爾組成的五種或更多種元素制成的復合合金。它們不同于傳統合金，因為它們由多種主要元素組成，而不是一種主要的溶劑元素，例如鋼中的Fe和超合金中的Ni，其中主要和次要合金添加劑的濃度有限。因此，HEA消除了在常規合金設計中看到的組成約束并且開辟了相當大的組成設計空間，具有許多自由度和優化合金組成的機會，并因此優化了材料的各種性能。

成果簡介

近日，美國QuesTek創新有限公司的Pin Lu（第一作者和通訊作者）在國際期刊Scripta Materialia上發表了文章：Computational design and initial corrosion assessment of a series of non-equimolar high entropy alloys。本研究采用集成計算材料工程方法設計了一系列單相非等摩爾高熵合金（HEAs），其成分被系統性地調變（Ni38Fe20CrxMn21-0.5xCo21-0.5x，x = 6,10,14和22 ），這些HEAs具有不同的腐蝕行為。 HEA被成功設計、合成并證實具有單相fcc結構。 研究者們進行了初步的電化學腐蝕表征以獲得對HEA組合物對耐腐蝕性的影響的基本理解，這些結論將用于開發機械腐蝕模型，其能夠實現耐腐蝕HEA的優化設計。 其中，含有6at.％Cr的HEA在相對低的Cr含量下顯示出鈍化跡象。本研究的目的是更深入地了解HEAs的腐蝕行為與化學成分的關系。

圖文導讀

圖一、 使用TCHEA3數據庫在Thermo-Calc中計算的Mn：Co = 1：1的Ni38Fe20Crx（MnCo）42-x的準二元相圖

 FCC單相區域以綠色陰影顯示。 （有關此圖例中對顏色的引用的解釋，讀者可參考本文的Web版本。）

圖二、 電鏡表征以及XRD表征

（a）在1100℃下均化96小時后Cr22的EDS映射，顯示出元素的均勻分布。 （b）Cr22，Cr14，Cr10和Cr6的XRD圖案，其峰值對應于FCC結構。

圖三、材料的抗腐蝕性能

（a）合金在暴露于空氣的浸沒池中在30℃下在0.6M NaCl中的動電位極化曲線； （b）在空氣暴露的浸沒池中在30℃下在0.6M NaCl中極化后發現的沿暴露區域邊緣的縫隙腐蝕的SEM圖像。

圖四、 材料的抗腐蝕性能

EIS結果顯示在環境溫度下在N2脫氣的0.6 M NaCl溶液中保持10分鐘OCP后，HEA Cr6，Cr10，Cr14和Cr22的阻抗模量，Zmod和相角Zphz。

小結

總之，在這項工作中再次采用ICME方法來設計一系列具有系統變化的組成和腐蝕行為系統調變的單相，以及可加工的CR-HEAs。 與包含Mo，W和Ru的現有HEA相比，本文合成的HEAs進行組成改性以維持單相fcc結構，但使用常規實驗室測試技術將合金的耐腐蝕性降低至適于評估局部腐蝕敏感性的水平。 四種新的非等摩爾HEA組合物，Ni38Fe20Cr22Mn10Co10，Ni38Fe20Cr14Mn14Co14，Ni38Fe20Cr10Mn16Co16和Ni38Fe20Cr6Mn18Co18，在CALPHAD預測的固溶后具有均勻的單相微觀結構，并且隨著Cr含量的變化呈現出預期的腐蝕行為趨勢。 然而，僅含有6％at.Cr和38％at.Ni的Ni38Fe20Cr6Mn18Co18在相對于典型值的低Cr含量下顯示出一些鈍化跡象。

文章鏈接：Computational design and initial corrosion assessment of a series of non-equimolar high entropy alloys. （Scripta Materialia， DOI: 10.1016/j.scriptamat.2019.07.003）