Acest studiu a realizat prepararea controlabilă a precipitatelor L12 pe baza calculelor diagramei de fază. În combinație cu diagrama potențialului termodinamic-pH a coroziunii și observațiile TEM ale filmelor pasive, a fost investigat sistematic mecanismul de influență a conținutului fazei L12 la scară nanometrică asupra comportamentului la coroziune a aliajelor cu-entropie ridicată. S-a clarificat faptul că precipitarea fazei L12 la scară nanometrică ajută la îmbogățirea elementelor Cr în matricea FCC, îmbunătățind astfel stabilitatea filmelor pasive și rezistența la creșterea pitting. A fost propusă o nouă strategie pentru a crește semnificativ potențialul de pitting al aliajelor cu-entropie ridicată prin precipitarea fazelor L12 la scară nanometrică.
Explicație ilustrată
Calculul diagramei de fază a aliajelor cu entropie mare L12-oferă îndrumări precise pentru prepararea controlabilă a aliajelor cu entropie ridicată întărite prin precipitații. După cum se arată în Figura 1a, aliajul Co20Cr15Fe20Ni33Al6Ti6 prezintă o structură simplă FCC + L12 într-un interval larg de temperatură de 800-1100 de grade, evitând formarea fazelor B2 și Sigma. Prin combinarea figurilor 1a și 1b, dimensiunea fazei L12 poate fi controlată cu precizie, variind în același timp conținutul acesteia. Figurile 1c și 1d prezic modificările compoziției elementare în fazele FCC și L12 în funcție de temperatură, ceea ce poate fi un motiv important pentru modificarea rezistenței la coroziune a aliajului.
Punctul cheie 2: Comportamentul la coroziune al aliajelor de înaltă-entropie armate în fază L12. Figura 2a-b arată că, pe măsură ce conținutul fazei L12 crește, potențialul de coroziune prin pitting al aliajului crește semnificativ, ajungând până la aproximativ 600 mV SCE. În comparație cu alte aliaje multifazice cu entropie înaltă-sau aliaje tradiționale, acest aliaj prezintă avantaje semnificative în ceea ce privește rezistența sa la coroziune uniformă și la coroziune prin pitting (Figura 2c).
Punctul 3: Stabilitatea termodinamică a oxidului de pe suprafața în două-faze este analizată prin diagrama potențial-pH. Figurile 3a-b arată, respectiv, stabilitatea termodinamică a formării de oxid pe suprafețele fazei FCC și fazei L12. Oxidul format pe suprafața fazei FCC este în principal Cr2O3, în timp ce oxidul format pe suprafața fazei L12 este în principal Al2O3. Cr2O3 are o rezistență mai puternică la coroziune prin pitting, în timp ce Al2O3 este ușor adsorbit și erodat de Cl- în soluția care conține-clorură, având astfel o rezistență mai slabă la coroziune prin pitting. Prin urmare, se poate concluziona că faza L12 este mai susceptibilă la coroziune în comparație cu faza FCC.
Punctul 4: Observarea TEM a filmului de pasivare a confirmat predicția termodinamică. Figurile 4a-f au indicat că faza L12 a fost corodată de preferință în timpul procesului de coroziune, dar pelicula de pasivare a crescut rapid de-a lungul matricei FCC inferioare, formând o peliculă de pasivare curbată, dar continuă și uniformă. Acest rezultat a fost în concordanță cu predicția graficului-pH-ului potențial. Mai mult, stabilitatea filmului de pasivare din aliaj este legată în principal de proprietățile matricei FCC, iar cu cât conținutul de element Cr din matricea FCC este mai mare, cu atât filmul de pasivare este mai stabil. Prin urmare, prin creșterea conținutului fazei L12 și promovarea îmbogățirii elementelor Cr în matricea FCC (Figura 1c), stabilitatea filmului de pasivare poate fi îmbunătățită în mod eficient.
Punctul 5: Analiza stabilității creșterii coroziunii prin sâmburi Presupunând că faza L12 este complet dizolvată, vor continua să crească sau vor fi supuse recristalizării „gropile” sub-rămase după dizolvare? Figura 5a arată procesul electrochimic care are loc în gropile de coroziune sub-pitting. Aici, dacă pitting-ul poate crește stabil depinde de competiția dintre cinetica de dizolvare și cinetica de difuzie. Pentru gropi de coroziune sub-pitting de aceeași dimensiune, idiff,crit ar trebui să rămână constant, așa cum se arată de linia albastră din Figura 5b, în timp ce matricele FCC cu conținut diferit de Cr vor duce la modificări semnificative ale cineticii de dizolvare, așa cum arată linia roșie din Figura 5b. Cu cât este mai mare conținutul de Cr în matricea FCC, cu atât este mai mică panta densității curentului față de potențial, astfel încât este necesară o condiție critică mai mare pentru creșterea stabilă a coroziunii pitting, ceea ce crește rezistența la creșterea stabilă a coroziunii pitting.
Acest lucru a îmbunătățit în mod semnificativ rezistența la coroziune a aliajului-întărit cu precipitații înalte-entropie prin reglarea conținutului de faza L12. Au fost înțelese caracteristicile de distribuție a elementelor în timpul precipitării fazei L12, a fost clarificată influența conținutului fazei precipitate asupra comportării la coroziune a aliajului cu entropie mare și a fost elucidat mecanismul impactului conținutului de faza L12 asupra stabilității filmului de pasivare și a procesului de creștere a coroziunii prin pitting.