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AlCrFeNiMoNb高熵合金腐蚀行为和机理研究
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摘要
高熵合金由于优秀的综合性能在海洋工程、核工程领域有巨大的应用潜力。在服
役过程中,腐蚀是影响材料使用寿命和效率的主要因素之一,有必要对高熵合金的腐
蚀行为和机理进行系统性的研究。本论文选择AlCrFeNiMoNb高熵合金作为研
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究对象,通过调控Nb元素的含量以及时效处理工艺,研究了合金的微观组织演变,以
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及在Cl离子和硼酸溶液中的腐蚀行为。本论文从合金元素组成、热处理工艺、微观组
织和环境因素出发,建立合金成分/热处理工艺-微观组织-腐蚀行为的关系,为耐蚀高
熵合金的开发提供理论依据。
首先,研究了Nb含量对固溶态AlCrFeNiMoNb(x0、1、2at.%)高熵合
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金微观结构和腐蚀行为的影响。研究表明0Nb和1Nb合金为面心立方(FCC)的单相
固溶体结构,而2Nb合金中存在富Mo、Nb的Laves相,形成两相结构。随着Nb含量
-
的增加,合金的晶粒逐渐细化。0Nb和1Nb合金在Cl离子环境中发生点蚀,2Nb合金
在富Al的基体相中发生选择性腐蚀。与316LN不锈钢相比,Nbx高熵合金的腐蚀电流
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密度均较低,点蚀电位更高。其中1Nb合金的腐蚀电流密度(7×10A·cm)低于
316LN不锈钢的1/2,点蚀电位(817mV)接近316LN不锈钢的2倍。1at.%Nb元素
的加入促进钝化过程中CrO的形成,提升了合金表面钝化膜的致密性,降低了合金的
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腐蚀速率并延缓了点蚀的扩展。
ooo
其次,研究了固溶态1Nb合金在不同时效温度(650C、750C和850C)下的微
o
观结构和腐蚀行为。结果表明在650C时效时,合金晶粒内部析出了富Al、Ni的FCC
o
结构L1相。与固溶态相比,650C时效的合金虽然腐蚀电流密度增大,但是点蚀电位
2
从800mV提高到了1000mV。L1相的析出造成基体Cr元素含量增加,腐蚀过程中表
2
面形成了CrO/Cr(OH)比例较高的钝化膜,钝化膜的致密性提高。同时,L1相提高
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oo
了晶内的耐蚀性导致合金发生晶间腐蚀。然而,在750C和850C时效的合金析出多
种沉淀相,除了Laves相外,富Al的NiAl相和富Cr的Cr团簇、σ相在
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