《材料工程》梁秀兵工作:高熵非晶合金耐腐蝕性能研究進展

2021-03-01 非晶合金



責編 曉  丹

高熵非晶合金是近年來發展起來的一種新型材料，中科院物理所汪衛華院士課題組於2011年首次提出了高熵非晶合金的概念，同時製備出具有無序結構並能在室溫下表現出類似於高分子熱塑性變形行為的塊體高熵非晶合金Zn20Ca20Sr20Yb20(Li0.55Mg0.45)20。近10年來，國內外學者對該類材料進行了初步探究，加深了對其基本性能的理解，拓寬了高熵非晶合金作為一種功能材料的使用範圍。

軍事科學院國防科技創新研究院梁秀兵等重點闡述了高熵非晶合金的耐腐蝕性，旨在提出面向海洋極端環境服役的耐腐蝕性材料的成分設計理論及製備方法，以滿足國家實施海洋發展戰略對高性能大型裝備防護材料的需求。相關研究成果於2020年12月15日在《材料工程》中網絡首發。

研究人員簡述了高熵非晶合金的含義與特點，介紹了高熵非晶材料的製備方法及組織與性能；歸納了該類材料的耐蝕機理與耐腐蝕性能的最新研究成果；展望了採用機器學習助力設計高熵非晶合金的新範式，並指出探究工況環境下的腐蝕失效機制、完善高熵非晶合金微觀耐蝕機理與優化相關製備工藝是該材料廣泛應用的前提條件。針對高熵非晶合金的開發及其耐腐蝕性開展的應用基礎研究，將為我國海洋事業的「遠洋化、深海化」提供先進的技術支撐和材料保障。Zheng等採用直流磁控濺射法成功製備了光滑緻密且具有高硬度和耐腐蝕性特點的VAlTiCrSi高熵非晶合金薄膜。經電化學實驗測得其自腐蝕電位為-0.285V，腐蝕電流密度達到4.68×10-9A/cm2，較304不鏽鋼低一個數量級，說明該材料適用於海水腐蝕性環境下的基體防護（圖1）；Yang等通過機械合金化與超高壓固結成形工藝製備了一種硬度為1150HV的新型六元非等原子比Fe3Cr2Al2CuNi4Si5高熵非晶合金。該合金的自腐蝕電位為-0.19V，腐蝕電流密度為4×10-6A/cm2，結果證實Ni，Cr，Al等元素和相對均勻的微觀結構有利於鈍化膜的形成，從而可以提升合金的耐蝕能力（圖2）。高熵非晶粉體的組織結構、形貌和熱穩定性影響塗層結構與物化性能等。探究不同工藝條件對粉末物理參數及內部組織特性的影響規律，完善粉末製備的最佳工藝，為實現高效批量製備高品質粉末提供材料支持將會成為高熵非晶材料推廣與應用的關鍵。因此，開發具有耐腐蝕性的高熵非晶材料，對解決未來前瞻性、戰略性領域中大型裝備材料面臨的腐蝕和老化等嚴重失效問題，實現極端海洋環境服役條件下大型裝備的長效防護具有重大而深遠的意義。

該項工作得到了國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目的支持。

聯繫電話：19106233377

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