Denna studie uppnådde den kontrollerbara beredningen av L12-fällningar baserat på fasdiagramberäkningar. I kombination med det termodynamiska potential-pH-diagrammet för korrosion och TEM-observationer av passiva filmer, undersöktes systematiskt påverkansmekanismen för innehållet i L12-fasen i nanoskala på korrosionsbeteendet hos hög-entropilegeringar. Det klargjordes att utfällningen av L12-fasen i nanoskala hjälper till att berika Cr-element i FCC-matrisen, och därigenom förbättra stabiliteten hos passiva filmer och motståndet mot gropväxt. En ny strategi föreslogs för att avsevärt öka groppotentialen hos hög-entropilegeringar genom att fälla ut L12-faser i nanoskala.
Illustrerad förklaring
Fasdiagramberäkningen av L12-högentropilegeringar ger exakt vägledning för den kontrollerbara beredningen av nederbördsförstärkta högentropilegeringar. Som visas i figur 1a uppvisar Co20Cr15Fe20Ni33Al6Ti6-legeringen en enkel FCC + L12-struktur inom ett brett temperaturområde på 800-1100 grader, vilket undviker bildandet av B2- och Sigma-faser. Genom att kombinera figurerna la och Ib kan storleken på L12-fasen kontrolleras exakt samtidigt som dess innehåll varieras. Figurerna 1c och 1d förutsäger förändringarna i elementär sammansättning inom FCC- och L12-faserna som en funktion av temperaturen, vilket kan vara en viktig orsak till förändringen av legeringens korrosionsbeständighet.
Nyckelpunkt 2: Korrosionsbeteende hos L12-fasförstärkta hög-entropilegeringar. Figur 2a-b visar att när innehållet i L12-fasen ökar, ökar gropfrätningspotentialen för legeringen avsevärt och når upp till cirka 600 mV SCE. Jämfört med andra flerfasiga hög-entropilegeringar eller traditionella legeringar uppvisar denna legering betydande fördelar när det gäller dess motståndskraft mot jämn korrosion och gropfrätning (Figur 2c).
Punkt 3: Den termodynamiska stabiliteten för oxiden på två-fasytan analyseras genom potential-pH-diagrammet. Figurerna 3a-b visar den termodynamiska stabiliteten för oxidbildning på ytorna av FCC-fasen och L12-fasen. Oxiden som bildas på ytan av FCC-fasen är huvudsakligen Cr2O3, medan oxiden som bildas på ytan av L12-fasen huvudsakligen är Al2O3. Cr2O3 har en starkare motståndskraft mot gropkorrosion, medan Al2O3 lätt adsorberas och eroderas av Cl- i den kloridhaltiga-lösningen, vilket har en svagare motståndskraft mot gropkorrosion. Därför kan man dra slutsatsen att L12-fasen är mer mottaglig för korrosion jämfört med FCC-fasen.
Punkt 4: TEM-observationen av passiveringsfilmen bekräftade den termodynamiska förutsägelsen. Figurerna 4a-f indikerade att L12-fasen företrädesvis korroderades under korrosionsprocessen, men passiveringsfilmen växte snabbt längs den nedre FCC-matrisen och bildade en krökt men kontinuerlig och enhetlig passiveringsfilm. Detta resultat överensstämde med förutsägelsen av den potentiella-pH-grafen. Dessutom är stabiliteten hos legeringspassiveringsfilmen huvudsakligen relaterad till egenskaperna hos FCC-matrisen, och ju högre Cr-elementinnehållet i FCC-matrisen är, desto stabilare är passiveringsfilmen. Därför, genom att öka innehållet i L12-fasen och främja anrikningen av Cr-element i FCC-matrisen (Figur 1c), kan passiveringsfilmens stabilitet förbättras effektivt.
Punkt 5: Analys av tillväxtstabilitet av gropfrätningskorrosion Om vi antar att L12-fasen är helt upplöst, kommer de sub-"groparna" som finns kvar efter upplösning att fortsätta växa eller genomgå omkristallisering? Figur 5a visar den elektrokemiska processen som sker i de sub-stabila gropkorrosionsgroparna. Här beror om gropfrätningen kan växa stabilt på konkurrensen mellan upplösningskinetik och diffusionskinetik. För samma storlek under-stabila gropfrätningskorrosionsgropar, bör idiff,crit förbli konstant, vilket visas av den blå linjen i figur 5b, medan FCC-matriser med olika Cr-innehåll kommer att leda till betydande förändringar i upplösningskinetik, som visas av den röda linjen i figur 5b. Ju högre Cr-innehåll i FCC-matrisen, desto lägre lutning för strömtätheten mot potentialen, sålunda krävs ett högre kritiskt tillstånd för den stabila tillväxten av gropkorrosion, vilket ökar motståndet mot den stabila tillväxten av gropkorrosion.
Detta arbete förbättrade avsevärt korrosionsbeständigheten hos den utfällnings-förstärkta hög-entropilegeringen genom att reglera innehållet i L12-fasen. Fördelningsegenskaperna för element under utfällningen av L12-fasen förstods, påverkan av innehållet i den utfällda fasen på korrosionsbeteendet hos hög-entropilegeringen klargjordes och mekanismen för inverkan av L12-fasinnehållet på passiveringsfilmens stabilitet och tillväxtprocessen för gropkorrosion klargjordes.