Това изследване постигна контролирано приготвяне на утайки L12 въз основа на изчисления на фазовата диаграма. В комбинация с диаграмата на термодинамичния потенциал-рН на корозията и ТЕМ наблюдения на пасивни филми, механизмът на влияние на съдържанието на наноразмерна L12 фаза върху корозионното поведение на сплави с висока-ентропия беше систематично изследван. Беше изяснено, че утаяването на наномащабна L12 фаза спомага за обогатяване на Cr елементи в FCC матрицата, като по този начин подобрява стабилността на пасивните филми и устойчивостта на растеж на питинг. Беше предложена нова стратегия за значително увеличаване на потенциала за питинг на високо-ентропийни сплави чрез утаяване на наномащабни L12 фази.
Илюстрирано обяснение
Изчислението на фазовата диаграма на L12-сплави с висока ентропия предоставя точни насоки за контролируемото приготвяне на сплави с висока ентропия, укрепени чрез утаяване. Както е показано на фигура 1а, сплавта Co20Cr15Fe20Ni33Al6Ti6 показва проста FCC + L12 структура в широк температурен диапазон от 800-1100 градуса, като се избягва образуването на B2 и Sigma фази. Чрез комбиниране на фигури 1а и 1b, размерът на L12 фазата може да бъде прецизно контролиран, като същевременно се променя нейното съдържание. Фигури 1c и 1d предвиждат промените в елементарния състав във фазите FCC и L12 като функция на температурата, което може да бъде важна причина за промяната на устойчивостта на корозия на сплавта.
Ключова точка 2: Корозионно поведение на високо-ентропийни сплави, подсилени с L12 фаза. Фигура 2a-b показва, че с увеличаването на съдържанието на L12 фазата потенциалът на точкова корозия на сплавта значително се повишава, достигайки до приблизително 600 mV SCE. В сравнение с други многофазни сплави с висока -ентропия или традиционни сплави, тази сплав проявява значителни предимства по отношение на своята устойчивост на равномерна корозия и точкова корозия (Фигура 2в).
Точка 3: Термодинамичната стабилност на оксида върху дву-фазовата повърхност се анализира чрез диаграмата на потенциалното-pH. Фигури 3a-b съответно показват термодинамичната стабилност на образуването на оксид върху повърхностите на FCC фазата и L12 фазата. Оксидът, образуван на повърхността на FCC фазата, е главно Cr2O3, докато оксидът, образуван на повърхността на L12 фазата, е главно Al2O3. Cr2O3 има по-силна устойчивост на точкова корозия, докато Al2O3 лесно се адсорбира и ерозира от Cl- в разтвора, съдържащ хлорид-, като по този начин има по-слаба устойчивост на точкова корозия. Следователно може да се заключи, че фазата L12 е по-податлива на корозия в сравнение с FCC фазата.
Точка 4: TEM наблюдението на пасивиращия филм потвърди термодинамичното прогнозиране. Фигури 4a-f показват, че L12 фазата е за предпочитане корозирала по време на процеса на корозия, но пасивиращият филм бързо нараства по долната FCC матрица, образувайки извит, но непрекъснат и равномерен пасивиращ филм. Този резултат беше в съответствие с прогнозата на потенциалната -pH графика. Освен това, стабилността на пасивиращия филм от сплавта е свързана главно със свойствата на FCC матрицата и колкото по-високо е съдържанието на Cr елемент в FCC матрицата, толкова по-стабилен е пасивиращият филм. Следователно, чрез увеличаване на съдържанието на L12 фазата и насърчаване на обогатяването на Cr елементи в FCC матрицата (Фигура 1c), стабилността на пасивиращия филм може да бъде ефективно подобрена.
Точка 5: Анализ на стабилността на растежа на точковата корозия Ако приемем, че фазата L12 е напълно разтворена, ще продължат ли да растат под-стабилните „ямки“, останали след разтварянето, или ще претърпят рекристализация? Фигура 5а показва електрохимичния процес, протичащ в под-стабилните питинг корозионни ями. Тук дали питингът може да расте стабилно зависи от конкуренцията между кинетиката на разтваряне и кинетиката на дифузия. За същия размер под-стабилни питинг корозионни ями, idiff,crit трябва да остане постоянен, както е показано от синята линия на Фигура 5b, докато FCC матрици с различно съдържание на Cr ще доведат до значителни промени в кинетиката на разтваряне, както е показано от червената линия на Фигура 5b. Колкото по-високо е съдържанието на Cr в FCC матрицата, толкова по-нисък е наклонът на плътността на тока спрямо потенциала, като по този начин е необходимо по-високо критично условие за стабилния растеж на точковата корозия, което увеличава устойчивостта срещу стабилния растеж на точковата корозия.
Тази работа значително подобри устойчивостта на корозия на високо-ентропийната-укрепена сплав чрез регулиране на съдържанието на L12 фаза. Бяха разбрани характеристиките на разпределението на елементите по време на утаяването на фазата L12, изяснено беше влиянието на съдържанието на утаената фаза върху корозионното поведение на високо-ентропийната сплав и беше изяснен механизмът на въздействието на съдържанието на фаза L12 върху стабилността на пасивиращия филм и процеса на растеж на точкова корозия.